EFECTO DE CENIZAS DE LADRILLERAS ARTESANALES

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA CIVIL.

Efecto de cenizas producto de ladrilleras artesanales en la capacidad portante de suelos cohesivos en el distrito de Juliaca

– Puno 2022

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PARA OBTENER EL TÍTULO PROFESIONAL DE INGENIERO CIVIL

AUTOR(ES):

Aguilar Pinto, Eli (0000-0003-2485-1136) ASESOR(A):

Mg. Benavente León, Christian (0000-0003-2416-4301) LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:

DISEÑO SÍSMICO Y ESTRUCTURAL

LÍNEA DE ACCIÓN DE RESPONSABILIDAD SOCIAL UNIVERSITARIA:

Apoyo a la reducción de brechas y carencias en la educación en todos sus niveles LIMA — PERÚ

2022 Carátula

Dedicatoria

A DIOS; Mira que te mando que te esfuerces y seas valiente; no temas ni desmayes, porque Jehová tu DIOS estará contigo en donde quiera que vayas. (Josué 1.9); a mi padre Encarnación Aguilar Mamani, que descanse en paz; a mi mami Ceferina Pinto de Aguilar, por haberme hecho estudiar y haber priorizado con la economía pese de no contar con ello, privándose de su comida, paseo etc. Me han permitido llegar a cumplir esta meta, inculcar en mí el ejemplo de esfuerzo y valentía no temer las adversidades.

Agradecimiento

A la Universidad Cesar Vallejo, Universidad Andina Néstor Cáceres Velázquez alma mater; Facultad de Ingeniería y Arquitectura, docentes y como asesor de la tesis Mg.

Ingeniero Civil Christian Benavente León, a mi pareja Ninfa, hija Sara, a mis hermanos Licimaco, Yudid, Ulises, Noemi, Nepftali, Wilfredo, Romel; a mi asesor personal el Ingeniero Arturo Peña Zuñiga y amigos Ingenieros Robinet, Frank, por ser su creación de DIOS de que viene la sabiduría inteligencia, agradecido infinitamente.

Índice de contenidos

Carátula ... i

Dedicatoria ... ii

Agradecimiento ... iii

Índice de contenidos ... iv

Índice de tablas ... vi

Índice de figuras ... ix

Resumen ... xi

Abstract ... xii

I INTRODUCCIÓN ... 1

II MARCO TEÓRICO ... 5

III METODOLOGÍA ... 24

3.1 Tipo y diseño de investigación ... 24

3.1.1 Tipo de investigación por el propósito ... 24

3.1.2 Tipos de investigación por el diseño ... 24

3.1.3 Tipo de investigación por el nivel ... 24

3.1.4 Método de investigación ... 24

3.2 Variables y operacionalización ... 25

3.2.1 Variable Independiente: Efecto de cenizas producto de ladrilleras. ... 25

3.2.2 Variable Dependiente: Capacidad portante del suelo. ... 25

3.3 Población y muestra. ... 25

3.3.1 Población de estudio. ... 25

3.3.2 Muestra: ... 26

3.3.3 Muestreo: ... 26

3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ... 27

3.4.1 Técnicas de estudio ... 27

3.4.2 Instrumentos de estudio ... 27

3.5 Procedimientos: ... 29

3.5.1 Exploración de suelo ... 30

3.5.2 Pruebas de laboratorio realizados ... 33

3.5.3 Método de análisis de datos ... 66

3.5.4 Métodos de representación gráfica ... 66

3.5.5 Aspectos éticos ... 66

IV RESULTADOS ... 68

4.1 Objetivo general. ... 68

4.2 Objetivo específico I ... 68

4.3 Objetivo específico II ... 68

4.3.2 Hipótesis General ... 83

4.3.3 Contrastación HG ... 83

4.3.4 Hipótesis Específica I ... 84

4.3.5 Contrastación H I ... 84

4.3.6 Hipótesis Específica II ... 84

4.3.7 Contrastación de H II ... 84

4.3.8 Objetivo específico III ... 84

4.3.9 hipótesis específica III ... 86

V DISCUSION ... 87

VI CONCLUSIONES ... 90

VII RECOMENDACIONES ... 91

REFERENCIAS ... 92

ANEXOS ... 98

Índice de tablas

Tabla 1. Distribución de ladrilleras del departamento de Puno. ... 14

Tabla 2. Capacidad de soporte de algunos tipos de suelo ... 15

Tabla 3. Índice de plasticidad de suelos tipo arcilla según ASTM. ... 17

Tabla 4. Categorización de suelos según ASTM ... 17

Tabla 5. Distribución de aberturas de tamiz. ... 21

Tabla 6. Ensayos de laboratorio ejecutados... 27

Tabla 7. % de humedad de las muestras de las calicatas 01,02 y 03. ... 33

Tabla 8. Análisis granulométrico de C1, C2 y C3 ... 34

Tabla 9. Límite líquido de muestras extraídas de calicatas 01, 02 y 03 ... 35

Tabla 10. Límite plástico de muestras extraídas de las calicatas 01 02 y 03 ... 36

Tabla 11. Porcentaje de humedad de la muestra patrón ... 36

Tabla 12. Porcentaje de humedad de la muestra con adición de 5% de ceniza 37 Tabla 13. Porcentaje de humedad de la muestra con adición de 10% de ceniza ……….37

Tabla 14. Porcentaje de humedad de la muestra con adición de 15% de ceniza ……….37

Tabla 15. Resumen de análisis granulométrico ... 38

Tabla 16. Limite líquido del espécimen patrón ... 39

Tabla 17. Limite plástico del espécimen patrón ... 39

Tabla 18. Limite líquido del espécimen con 5% de ceniza. ... 40

Tabla 19. Limite plástico del espécimen con 5% de ceniza. ... 40

Tabla 20. Limite líquido del espécimen con 10% de ceniza ... 41

Tabla 21. Limite plástico del espécimen con 10% de ceniza... 41

Tabla 22. Limite líquido del espécimen con 15% de ceniza ... 42

Tabla 23. Límite plástico del espécimen con 15% de ceniza ... 42

Tabla 24. Prueba de corte D. suelo natural ... 44

Tabla 25. Prueba de corte D. de suelo adicionado con 5% de ceniza. ... 47

Tabla 26. Prueba de corte D. de suelo adicionado con 10% de ceniza ... 50

Tabla 27. Prueba de corte D. de suelo adicionado con 15% de ceniza ... 53

Tabla 28. Carga última y adm del suelo sin adición de ceniza. ... 57

Tabla 29. Carga última y adm. del suelo con adición de 5% de ceniza ... 57

Tabla 30. Carga última y adm. del suelo con adición de 10% de ceniza ... 58

Tabla 31. Carga última y adm. del suelo con adición de 15% de ceniza ... 58

Tabla 32. Carga última y adm. del suelo sin adición de ceniza. ... 59

Tabla 33. Carga última y adm. del suelo con adición de 5% de ceniza. ... 59

Tabla 34. Carga última y adm. del suelo con adición de 10% de ceniza ... 60

Tabla 35. Carga última y adm. del suelo con adición de 15% de ceniza ... 60

Tabla 36. Carga última y adm. del suelo sin adición de ceniza ... 60

Tabla 37. Carga última y adm. del suelo con adición de 5% de ceniza. ... 61

Tabla 38. Carga última y adm. del suelo con adición de 10% de ceniza ... 61

Tabla 39. Carga última y adm. del suelo con adición de 15% de ceniza ... 62

Tabla 40. Carga última y adm. del suelo sin adición de ceniza ... 62

Tabla 41. Carga última y adm. del suelo con adición de 5% de ceniza ... 63

Tabla 42. Carga última y adm. del suelo con adición de 10% de ceniza ... 63

Tabla 43. Carga última y adm. del suelo con adición de 15% de ceniza. ... 64

Tabla 44. Carga última y adm. del suelo sin adición de ceniza ... 64

Tabla 45. Carga última y adm. del suelo con adición de 5% de ceniza ... 65

Tabla 46. Carga última y adm. del suelo con adición de 10% de ceniza ... 65

Tabla 47. Carga última y adm. del suelo con adición de 15% de ceniza ... 66

Tabla 48. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 5% de ceniza ... 69

Tabla 49. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 10% de ceniza ... 70

Tabla 50. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 15% de ceniza ... 71

Tabla 51. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 5% de ceniza ... 72

Tabla 52. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 10% de ceniza. ... 73

Tabla 53. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 15% de ceniza ... 74

Tabla 54. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 5% de ceniza ... 75

Tabla 55. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 10% de ceniza ... 76

Tabla 56. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 15% de ceniza ... 77

Tabla 57. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 5% de ceniza ... 78

Tabla 58. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 10% de ceniza ... 79

Tabla 59. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 15% de ceniza. ... 80

Tabla 60. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 5% de ceniza ... 81

Tabla 61. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 10% de ceniza ... 82

Tabla 62. Prueba de hipótesis para suelo con 0% y 15% de ceniza ... 83

Índice de figuras

Figura 1. Formación de partículas de suelo arcilloso. ... 18

Figura 2. Laminas formadas por estructuras atómicas de suelos. ... 19

Figura 3. Diagrama de corte directo. ... 22

Figura 4. Diagrama de procedimiento utilizado. ... 29

Figura 5. Vista panorámica y ubicación de la calicata 01. ... 30

Figura 6. Muestra alterada extraida de la calicata 01. ... 31

Figura 7. Vista panorámica y ubicación de la calicata 02. ... 31

Figura 8. Vista panorámica y ubicación de la calicata 03 ... 32

Figura 9. Muestra inalterada extraída de la Calicata 03. ... 33

Figura 10. Ensayo de granulometría para suelos de la calicata 1,2 y 3 ... 35

Figura 11. Extracción de especímenes del horno para porcentaje de humedad. ……….38

Figura 12. Ejecución del ensayo de límite líquido ... 43

Figura 13. Ejecución del ensayo de límite plástico ... 43

Figura 14. Esquema de esfuerzo – deformación de la muestra patrón. ... 46

Figura 15. Esquema de esfuerzo - deformación del suelo adicionado con 5% de ceniza ……….49

Figura 16. Esquema de esfuerzo – deformación del suelo adicionado con 10% de ceniza. ……….52

Figura 17. Esquema de esfuerzo – deformación del suelo adicionado con 15% de ceniza ……….55

Figura 18. Elaboración de la prueba de corte directo en laboratorio. ... 56

Figura 19. Capacidad de soporte para zapata cuadrada de 1.00 metro de ancho con diferentes adiciones de ceniza. ... 68

Figura 20. Capacidad de soporte para zapata cuadrada de 1.20m de ancho con

diferentes adiciones de ceniza. ... 72

Figura 21. Capacidad de soporte para zapata de 1.50m de ancho con diferentes adiciones de ceniza. ... 75

Figura 22. Capacidad de soporte para zapata de 1.80m de ancho con diferentes adiciones de ceniza ... 78

Figura 23. Capacidad de soporte para zapata de 2.00m de ancho con diferentes adiciones de ceniza. ... 81

Figura 24. Resultados de Ø de fricción para diferentes adiciones de ceniza ... 85

Figura 25. Resultados de cohesión para diferentes adiciones de ceniza. ... 85

Figura 26. Comparación de resultados con el autor (Parra, 2018) ... 87

Figura 27. Comparación de resultados con el autor (Flores, 2020) ... 88

Figura 28. Comparación de resultados con el autor (Terrones, 2018) ... 89

Resumen

El presente proyecto de investigación tuvo como objetivo analizar el efecto de cenizas producto de ladrilleras artesanales en suelos cohesivos para incrementar la capacidad portante del suelo en el distrito de Juliaca – Puno 2022, para el cuál se empleó una metodología de investigación aplicada, experimental, explicativa y deductivo; los resultados para el suelo clasificado como una CH (Arcilla densa arenosa) sin adición de ceniza presentó una cohesión de 0.075 Kg/cm2 y un ángulo de 14.34°, así mismo se realizaron tres muestras con incorporación de ceniza en proporciones de 5%, 10% y 15%, obteniéndose valores de cohesión 0.145, 0.170 y 0.205 kg/cm2 respectivamente y ángulos de fricción de 16.93°, 19.22° y 21.16° y capacidades de carga admisibles promedio de 1.502, 2.028 y 2.635 kg/cm2; la adición de 5% de ceniza incrementó la resistencia en 95.57%, la adición de 10% en 164.06% y la adición de 15% en 243.10% con respecto a la muestra patrón, finalmente se concluyó que a mayor adición de ceniza se incrementa la capacidad de soporte permisible del suelo.

Palabras claves. Efecto de ceniza, suelo cohesivo, capacidad portante.

Abstract

The objective of this research project was to analyze the effect of ashes produced by artisanal brickyards in cohesive soils to increase the bearing capacity of the soil in the district of Juliaca - Puno 2022, for which an applied, experimental, explanatory research methodology was used. and deductive; the results for the soil classified as a CH (dense sandy clay) without the addition of ash presented a cohesion of 0.075 Kg/cm2 and an angle of 14.34°, likewise three samples were made with ash incorporation in proportions of 5%, 10% and 15%, obtaining cohesion values 0.145, 0.170 and 0.205 kg/cm2 respectively and friction angles of 16.93°, 19.22° and 21.16° and average allowable load capacities of 1.502, 2.028 and 2.635 kg/cm2;

the addition of 5% ash increased the resistance by 95.57%, the addition of 10% by 164.06% and the addition of 15% by 243.10% with respect to the standard sample, finally it was concluded that the greater the addition of ash, the greater the resistance. allowable bearing capacity of the soil.

Keywords. Ash effect, cohesive soil, bearing capacity.

I INTRODUCCIÓN

Los autores (Bourliva, Papadopoulou, Ferreira da Silva, & Patinha, 2020), en su investigación titulada “Evaluación in vitro de la bioaccesibilidad respiratoria oral de los oligoelementos de preocupación ambiental en las cenizas volantes griegas:

evaluación del riesgo para la salud por ingestión e inhalación”, encontraron que las cenizas volantes generan problemas ambientales y de salud al ser humano debido al alto contenido de oligoelementos que son potencialmente dañinos, su objetivo de estudio fue evaluar el impacto que generan las cenizas volantes que son producto de centrales hidroeléctricas que operan en Grecia por el alto contenido de partículas muy pequeñas que se generan y que pueden ser ingeridos e inalados por el ser humano presentando riesgos para la salud humana. Según la Autora (Kicinska, 2019) de Polonia, publicó en la revista Chemosphere un estudio titulado

“Composición química y mineral de las cenizas volantes de hornos domésticos y riesgo a la salud y al medio ambiente relacionado con su presencia en el medio ambiente” el cual presentó los resultados de un análisis de cenizas volantes producidas por la quema de combustibles sólidos mezclados con desechos, los cuales generaron riesgo ambiental y para la salud del ser humano ya que estos desechos se componen de residuos de los hornos domésticos perjudicando el medio ambiente y a las personas porque estos residuos presentaron silicatos, aluminosilicatos , minerales , carbonatos, óxidos de hierro , los cuales presentan riesgos adversos para niños, hombres y mujeres que están expuestos a las cenizas volantes. Según el (Programa Regional de Aire Limpio y el Ministerio de la Producción, 2011) realizó una publicación de la situación socioeconómica y de la tecnología de las diferentes ladrilleras artesanales del Perú, en el estudio está presente la provincia de San Román con aproximadamente 300 ladrilleras que no cuentan con agua potable ni alumbrado público, concluyéndose que muchas de estas empresas no cuentan con asesoramientos ni apoyos de otras entidades y que el proceso productivo de esta actividad generó daños al medio ambiente, malestares y enfermedades respiratorias en los trabajadores de las ladrilleras durante la producción de las unidades de arcilla. Por lo cual la presente investigación se centró en hacer uso de las cenizas que son producto de la fabricación de ladrillos de forma artesanal que han generado un impacto tanto

ecológico como de salud tanto en la región Puno como también en el distrito de Juliaca por causa de la utilización de combustibles nocivos como: plásticos, llantas y otros para su cocción de las unidades de albañilería generando emisiones de gases a la atmósfera, porque se emplean hornos de fuego directo quemándose muchos materiales provocando residuos como las cenizas. El presente proyecto de investigación consistió en analizar qué efectos favorables aporta el uso y la adición de ceniza en suelos cohesivos para mejorar la resistencia del suelo con la finalidad de mejorar el terreno para cimentar, esta exploración se realizó porque, en la zona de investigación se pudo encontrar en su gran mayoría suelos cohesivos, esto en muchas construcciones de vías y de edificaciones ha generado problemas de inestabilidad. En autor (Parra, 2018), indicó que los suelos, en muchos casos, no tienen una mejor propiedad para su uso en diversos proyectos de ingeniería debido a que tienen una capacidad de resistencia insuficiente, lo cual genera deformaciones, se desgasifican y se degradan negativamente con el tiempo debido a los agentes atmosféricos. En el ámbito nacional los autores (Mamani & Yataco, 2018) en el trabajo que presentaron tuvieron la finalidad de analizar el uso de ceniza de madera como un material estabilizante de arcillas, así como también como influye la mezcla de ceniza con carbón para la elaboración de ladrillos que se preparan de forma artesanal en la zona de Ayacucho para mejorar el comportamiento físico y mecánico del suelo. El uso de materiales contaminantes y reciclables trae la posibilidad de una serie de beneficios que pueden describirse en el proceso de desarrollo de documentos, entre los cuales una serie de factores incidirán directamente en la aplicación de estas tecnologías, especialmente cuando sea utilizada. Un análisis exhaustivo de las condiciones de ingeniería y los requisitos del uso de las carreteras, y el enfoque en la tendencia actual del mejor uso de los recursos, ha derivado en la necesidad de producir procesos innovadores y diseñar nuevas mezclas para resolver problemas geotécnicos, de materiales y redes viales patológicas. El problema general planteado en la presente investigación fue: ¿Cuál será el efecto de cenizas producto de ladrilleras artesanales en suelos cohesivos para incrementar la capacidad portante del suelo en el distrito de Juliaca – Puno 2022?, como problemas específicos, PE1:¿Cuál será la dosificación adecuada de cenizas producto de ladrilleras artesanales para el suelo cohesivo de la zona de estudio?, PE2: ¿En qué medida influirá la adición

de cenizas producto de ladrilleras artesanales en la capacidad de carga del suelo cohesivo aplicando la ecuación general de Meyerhof? y PE3 ¿Cuáles serán los parámetros de soporte del suelo cohesivo natural con adición de ceniza?. Como Justificación técnica la presente investigación tuvo el propósito de estudiar la capacidad portante del suelo cohesivo aplicando deferentes adiciones de ceniza de ladrilleras con la finalidad de mejorar su comportamiento aplicando la prueba de corte directo en laboratorio ,como justificación teórica: la investigación nos ayudó a penetrar en el conocimiento de la línea de investigación y a obtener resultados para validar conceptos y teorías de la mecánica de suelos, determinándose las medidas de resistencia del suelo como son el ángulo de fricción y la cohesión, los cuales fueron aplicados a la fórmula matemática general de capacidad de soporte de Meyerhof. Como justificación práctica: este estudio nos garantizó resultados económicos, ya que se hizo uso de cenizas que mejoraron el comportamiento del suelo proponiendo la ceniza como una alternativa de estabilización para mejorar las propiedades requeridas para el predimensionamiento de cimentaciones superficiales. La justificación económica del proyecto es que al hacer uso de las cenizas de las ladrilleras generamos un menor impacto económico en los procesos constructivos que demandaría mejorar un suelo con otro insumo más costoso.

Como justificación social: propone hacer uso de materiales que son producto de la quema de hornos como alternativa de solución para ser aplicados a diferentes problemas que se presenten en la geotecnia, así como en la industria de la construcción, como justificación metodológica: durante este proceso de trabajo de búsqueda se recopilaron datos reales para ser evaluados mediante instrumentos y tener como reseña metodológica para ser usada en investigaciones futuras. El presente trabajo de investigación plantea parámetros representativos para los suelos cohesivos determinando la dosificación adecuada de cenizas que son producto de ladrilleras de la zona de estudio del distrito de Juliaca con la finalidad de incrementar la capacidad de soporte de los suelos cohesivos y de esta manera también cuidar el medio ambiente ya que estas ladrilleras artesanales eliminan estos residuos en los botaderos aledaños a las zonas ya pobladas en la ciudad de Juliaca. Para el presente trabajo, se aplicó en forma inmediata para la construcción de cimentaciones, de esta manera la población de Juliaca será beneficiada generando un desarrollo en la construcción de viviendas, influyendo

significativamente en la capacidad portante del suelo cohesivo del distrito de Juliaca. El trabajo actual presenta como objetivo general: Analizar el efecto de cenizas producto de ladrilleras artesanales en suelos cohesivos para incrementar la capacidad portante en el distrito de Juliaca – Puno 2022; como objetivos específicos se busca. OE1: Establecer la dosificación adecuada de cenizas producto de ladrilleras artesanales para el suelo cohesivo de la zona de estudio, OE2: Determinar la influencia de cenizas producto de ladrilleras artesanales en la capacidad de carga del suelo aplicando la ecuación de Meyerhof OE3: Determinar los parámetros de soporte del suelo cohesivo natural con adición de ceniza. Para el desarrollo del presente estudio se planteó como hipótesis general: El efecto de cenizas producto de ladrilleras artesanales será significativamente positivo en suelos cohesivos para incrementar la capacidad portante en el distrito de Juliaca – Puno 2022; y como hipótesis específicas se tiene tres: la primera: La dosificación adecuada de cenizas producto de ladrilleras mejorará la resistencia del suelo cohesivo, la segunda: Las cenizas producto de ladrilleras artesanales incrementará significativamente el valor de la capacidad de carga del suelo cohesivo aplicando la ecuación general y tercera: Los parámetros de soporte del suelo cohesivo incrementan favorablemente con la adición de ceniza.

II MARCO TEÓRICO

Internacionalmente: tenemos a los investigadores (Qiang, y otros, 2022), presenta su artículo científico de cuartil uno de título “El beneficio y la capacidad de soporte del terraplén lleno de cenizas de fondo” en la cual se planteó como objetivo realizar rellenos empleando cenizas en la aplicación geotécnica, lo cual generó una solución integral beneficiando la capacidad de los terraplenes; empleando metodología de investigación de tipo aplicada; en la cual se obtuvo como resultados con respecto a deformación horizontal y asentamiento vertical, con dosificaciones de 1:1.5 mejoró su capacidad de carga en un 25% y 20%, con respecto al asentamiento vertical se incrementó un 47% y 39.6%; finalmente se finalizó que los resultados presentados indican que el usar ceniza de fondo como material de relleno puede ser eficaz para aumentar las propiedades mecánicas de un suelo.

Los investigadores (Hussein, Makki, & Maha, 2018) en el artículo “Estabilización de suelos arcillosos suaves con cenizas de aserrín”, esta investigación se realizó porque alrededor del 35% de los suelos en el territorio Iraquí son arcillosos y muy blandos ya que presentan una baja capacidad de carga y resistencia por tener valores bajos de relación de soporte (CBR), los investigadores buscaron una forma de mejorar las propiedades de los suelos para construir carreteras aplicando la adición de cenizas de aserrín que son producto de las industrias madereras y usarlo como estabilizante, el objetivo de investigar fue buscar el uso de las cenizas de aserrín para mejorar las propiedades geotécnicas de los suelos cohesivos suaves, la metodología utilizada fue experimental, se realizaron pruebas en laboratorio de compresión sin confinamiento, CBR, esfuerzo de corte y consolidación con y sin incremento de ceniza, en porcentajes de 0,2,4,6,8, y 10% en función al peso seco del suelo, para el muestreo se extrajeron suelos arcillosos de baja plasticidad (CL) a 1.50m de profundidad de calicatas en Maymunah, lugar ubicado en Maysan a 396 km de Bagdad, como resultado se mostró un aumento en la resistencia a la compresión y en la resistencia al cortante sin drenar, con una adición de 4% de ceniza se aumentó la resistencia en aproximadamente unas 4 veces más que la del suelo natural, la ceniza de aserrín mejoró al suelo arcilloso blando porque redujo los coeficientes de compresibilidad, concluyéndose que la mezcla de ceniza en suelos arcillosos blandos mejora su comportamiento mecánico del suelo, haciendo

que reduzca sus coeficientes de compresión y aumentando su resistencia al corte sin drenar, el porcentaje óptimo para mejorar la resistencia fue de 4 y 6%, la ceniza se puede considerar como un agente estabilizador económico y aceptable para mejorar las propiedades geotécnicas de un suelo arcilloso blando. Los autores (G.

Rosa, Cetin, B. Edil, & H. Benson, 2018) realizaron artículo de investigación titulado

“Rendimiento de congelación y descongelación de materiales estabilizados con cenizas volantes y materiales de pavimento reciclados” esta investigación se realizó para estudiar el desempeño de una variedad de geo materiales estabilizados contra el congelamiento y descongelamiento, los geo materiales estabilizados fueron suelos naturales de grano fino y grueso y materiales recuperados de pavimentos, se utilizaron como estabilizantes cenizas volantes como productos auto cementantes, los geo materiales de grano grueso estabilizados con ceniza generaron un 5% menos caída del módulo de resiliencia en comparación con los materiales de grano fino que fueron estabilizados con ceniza, como resultados los geo materiales estabilizados de grano fino y grano grueso con cenizas volantes que tienen proporciones más altas experimentaron una menor perdida de módulo de resiliencia, como resultados se observaron cambios de volumen, el suelo arcilloso fue estabilizado con tres tipos de cenizas diferentes una de Dewey, Columbia y de King, el aumento de volumen mayor se dio con la ceniza de Columbia, los suelos de grano fino que fueron estabilizados con cenizas volantes muestran predominantemente una disminución del volumen después de los primeros ciclos de carga en un rango de 3%, los suelos cohesivos equilibrados con un 20% de cenizas volantes King mostraron el mayor soporte de ciclos, los suelos estabilizados con cenizas de Dewey y de Columbia experimentaron mayor disminución de módulo de resiliencia, como resultados se compararon los rendimientos entre congelamiento y descongelamiento de materiales de partículas gruesas y finas estabilizados con ceniza volante, los materiales de grano fino estabilizados experimentaron una reducción del volumen de -1 a -2% en el primer ciclo de carga, las mezclas de cenizas volantes con materiales de grano fino demostraron una caída en el módulo de resiliencia, pero se estabilizó en los primeros ciclos de carga, tanto los materiales de grano fino como los de grano grueso que son estabilizados con cenizas volantes en mayores proporciones presentaron un mejor rendimiento en el módulo de resiliencia frente a ciclos de

congelamiento y descongelamiento, pero los suelos finos experimentaron una menor reducción en su módulo de resiliencia que los suelos de grano grueso. Así mismo el investigador (Parra, 2018) de la Universidad católica de Colombia en el trabajo titulado “Estabilización de suelo con ceniza volante y cal” planteó como objetivo hacer un equilibrio químico de un suelo en diferentes proporciones de incremento de cal y ceniza, empleando una metodología aplicada de diseño experimental, en la cual comparó el soporte a la compresión simple y de tracción en distintos cuerpos de prueba con la adición de cal y ceniza volante al 2, 4, 6 y 8%, obteniéndose una capacidad portante admisible de 0.689, 1.059, 1.180, 1.040, 1.101 kg/cm2 respectivamente, se pudo concluir que la adición de ceniza no mostro un resultado tan agradable como lo fue con la cal viva, y de manera perjudicial se observó que fue el material con mayor deformación unitaria, en fuerza de tracción la adición de 8% de cal demostró tener mejor comportamiento mecánico, incrementando su resistencia, en cuanto a la ceniza se pudo finalizar que no hubo un buen comportamiento como lo fue con la adición de cal, demostrándose así que el suelo puede mejorar sus condiciones de resistencia in situ haciendo que esta propiedad aumente y se reduzcan los costos en transporte de materiales. Los investigadores (Chudy, Pawlak, Mielcarek, & Tupta, 2017) realizaron un artículo científico titulado “Evaluación de la estabilidad de las cenizas de fondo en la ejecución de carreteras y construcción basada en el ejemplo de las cenizas de la Central Eléctrica de Dolna Odra en Polonia”, realizando pruebas fisicoquímicas y mecánicas de cenizas mezcladas con escorias que son producto del depósito de los hornos de la central eléctrica antes mencionada, la investigación se centró principalmente en determinar los parámetros de esfuerzos del uso de estos residuos para ser aplicados en la estabilización de suelos, como población de estudio se tuvieron cinco pozos en las cuales se extrajeron muestras perturbadas y no perturbadas tomándose como tamaño de muestra dos calicatas en las cuales fueron extraídas porciones de ceniza y suelo en cilindros de 97mm x 70mm de diámetro a profundidades de 0.4m, 1.0m, 1.7m en el primer pozo y en el segundo pozo de 0.53m y 0.90m medidos desde la superficie, se realizaron pruebas de resistencia al corte con cada muestra en laboratorio, se dio como resultado que las cenizas presentan propiedades muy similares al de los suelos naturales y pueden ser utilizados en la ingeniería civil, concluyéndose así que las cenizas pueden ser

utilizadas como materiales de construcción por razones de que presentan parámetros geotécnicos como: alta resistencia al corte, baja compresibilidad , poca permeabilidad al agua y resistencia química y lixiviación, los cuales proponen una buena alternativa para ser usados como recurso en la industria de la construcción.

El autor (Cañar, 2017), en su aporte científico de título “análisis comparativo de la resistencia al corte y estabilización de suelos arenosos finos y arcillosos combinadas con ceniza de carbón” en donde plantea como finalidad principal de la evaluación de los resultados de soporte al corte en los suelos arenosos y arcillosos, con fines de ver el comportamiento mecánico con la inclusión de cenizas de carbón (p. 03); en la cual obtuvo como resultados que la cohesión es que en la arcilla de alta plasticidad es de 0.125 kg/cm2 y en arena limosa es 0.154 kg/cm2, y la resistencia a corte en suelos con alto grado de arcilla y alta plasticidad es de 0.250 kg/cm2 y en arena limosa es de 0.307 kg/cm2 (p. 45); en las conclusiones indica que agregar la ceniza de carbón si influye de forma favorable en los suelos expansivos así como en los suelos arcillosos, en donde se pudo ver que la formación de la masa compactada incrementa de manera significativa el porcentaje de densidad del suelo en compactación, así mismo la resistencia (p. 49). Como antecedentes nacionales: De la misma forma (Flores, 2020), en su investigación titulada “Análisis de conducta mecánica de suelos cohesivos con incremento de cenizas de eucalipto en el sector Palián – Huancayo – 2018” planteo como objetivo la determinación del efecto de la ceniza de eucalipto en el comportamiento mecánico de suelos cohesivos, empleando una método aplicado de diseño experimental; en la cual obtuvo como resultados de capacidad portante admisible con dosificación de 10% , 20% y 30% de ceniza de eucalipto, obteniéndose como capacidad portante admisible valores de 1.373, 1.629 y 2.153 kg/cm2, concluyéndose en su investigación que al agregar cenizas de eucalipto de los hornos de las ladrilleras aumenta la capacidad admisible del suelo. Según (Galvez Reyes & Santoyo Villegas, 2019) en la tesis de pregrado “Estabilización de suelos con cohesión a nivel de subrasante con ceniza de cáscara de arroz, en la carretera Yanuyacu Bajo – Señor Cautivo”, cuyo objetivo fue la determinación de la influencia que genera el agregar ceniza de cáscara de arroz en la estabilización de un suelo cohesivo en la subrasante en la Carretera Yanucacu – Señor Cautivo (p. 10); para esto se empleó una metodología aplicada de diseño experimental; cuya muestra

fue una calicata de una profundidad de 1.50m en el KM 1 + 500, obteniéndose como resultado un incremento de la resistencia del suelo de 3.92 % a 13.77 % con adición de ceniza al 15%, por lo que la dosificación adecuada obtenida fue de 15% de ceniza de cascarilla de arroz (p. 67); finalmente se concluyó que a mayor cantidad de incremento de cenizas, el suelo cohesivo resude su explanación y junta a ella se aumenta la resistencia (p. 66). Los autores (Aponte, Gálvez, & Durán, 2019) en su tesis “Estudio Experimental del Comportamiento Geotécnico de Suelo Arenoso con Ceniza de Madera y Carbón Proveniente de Ladrilleras Artesanales” cuyo objetivo general fue hacer un estudio experimental del cómo se comporta un suelo arenoso combinado con cenizas de madera y carbón provenientes de ladrilleras artesanales en la ciudad de Lima (p. 01); se realizaron pruebas de proctor estandar.

,esfuerzo de corte y triaxial con suelo natural y suelos adicionados con ceniza en proporciones de 10 , 20 , 30 y 40 %, el tipo de suelo utilizado fue una SW arena bien gradada, las muestras se alistaron con contenidos de agua óptimos para el ensayo de corte, como resultado la fricción interna tendió a bajar al agregar ceniza a la mezcla, el suelo solo obtuvo el valor de 31.3° y el menor valor lo obtuvo la adición de 40% de ceniza con un resultado de 25°, se mostró dos valores máximos en la mezcla de 10 y 30% en relación al peso seco dando resultados de 0.97 y 0.96 kg/cm2 en la cohesión, determinándose finalmente que la muestra de suelo con ceniza al 10% en el ensayo triaxial hacen que las propiedades de resistencia para el suelo adicionado sean mayores en comparación a las muestras de suelo normal, concluyéndose así que la adición de ceniza posee un gran potencial para usarlo como estabilizante de suelos sin cohesión, dándose como respuesta que los parámetros geotécnicos con la mezcla de 10% de ceniza y suelo muestran valores favorables en comparación con el del suelo natural concluyéndose que la combinación de suelo con cenizas incrementa la resistencia y la estabilidad. Los autores (Ballarte Moreno & Capcha Hernandez, 2018) realizaron una investigación en la ciudad de Nuevo Chimbote utilizando suelos arenosos pertenecientes al campus de la Universidad, en la tesis de pregrado “Mejoramiento de las propiedades mecánicas de arenas con fines de cimentación superficial utilizando cal y cenizas de caña de azúcar”, investigación que tuvo como finalidad evaluar las propiedades de las arenas que fueron estabilizadas con cal y cenizas de hojas de caña con la finalidad de aplicarlo a cimentos superficiales cuyo diseño fue

experimental de tipo aplicada, como muestra se analizaron dos calicatas en el campus I de la universidad, el muestreo fue de manera no probabilística, la cogida de datos fue a través de trabajos de campo y de laboratorio, usándose la ecuación de Terzagui, aplicándose en un suelo tipo SP-SM arena de mala gradación con presencia de limo, que fueron extraídas de dos calicatas a una profundidad de 1.50m, los resultados se obtuvieron de la prueba de corte en laboratorio obteniéndose una ángulo interno de 33.83° y 34.31° ,una cohesión de 0.0464 y 0.0165 kg/cm2 respectivamente, las arenas combinadas con cal y cenizas de hojas de caña en porcentajes de 6 y 15% mostraron buenas calificaciones haciendo que el ángulo interno mejore en un 5.41% y la capacidad de soporte en un 14.31%, pero se evidenció una reducción de la densidad máxima de suelo seco en un 12.83%, la mezcla conformada de 6% de cal y 0% ceniza presentó mejoras en las características mecánicas del suelo incrementando su ángulo interno en 15.04% y su densidad seca en 5.76%, provocando que la capacidad de resistencia del suelo aumente en un 106.36%. El autor (Terrones, 2018), con título “Estabilización de suelos arcillosos adicionando cenizas de bagazo de caña para el mejoramiento de subrasante en el sector Barraza, Trujillo – 2018” en su tesis plantea como objetivo general la determinación de la influencia de la adicción de ceniza producto del bagazo de caña en porcentajes de 5, 10%y 15 % con respecto a la masa del suelo, en la cual se empleó metodología de diseño experimental, tipo aplicada, teniendo como resultado que la resistencia a compresión sin revestimiento aumenta cuando se agrega más CBCA, con resistencias de 0.344, 0.806 y 1.539 kg/cm2 para adiciones de 5%, 10% y 15%, respectivamente; la adición de 15% de CBCA a la superficie es la de mayor resistencia a la compresión, finalmente se concluyó que utilizando pruebas de compresiones simples se obtuvo que la muestra de control tiene una resistencia máxima que varía entre 0.140 y 0.142 kg/cm2, pero al agregar 5% de CBCA se obtiene una resistencia máxima a la compresión que varía entre 0.343 y 0.345 kg/cm2, el cual se observa que aumenta considerablemente. Los autores (Mamani & Yataco, 2018), en la tesis “Estabilización de suelos arcillosos aplicando ceniza de madera de fondo, producto de ladrilleras artesanales en el departamento de Ayacucho” en su tesis plantearon como objetivo la determinación de como incide la ceniza de madera y los desechos sólidos de ladrilleras artesanales, con fines de estabilizar suelos arcillosos, se utilizó una metodología

tipo aplicada con nivel descriptivo y experimental. En la cual se determinó como resultado que las muestras de suelos presentan valores de esfuerzo de corte de 0.091 kg/cm2 hasta un valor máximo de esfuerzo a corte de 0.366 kg/cm2, teniendo como ángulo de fricción de 11.09°, finalmente se concluyó la investigación indicando que los residuos sólidos que se obtienen de la cocción de ladrillos artesanales, no presentan un uso adecuado, en su mayor parte estos residuos son usados para rellenos sanitarios y otros fines, causando contaminación durante su proceso del traslado. Como antecedentes locales: (Ccalla Portillo, 2022) en su proyecto de investigación titulado “Adición de ceniza de aserrín para estabilizar la subrasante de un suelo cohesivo en una vía urbana en Huancané – Puno” la investigación se centró en estabilizar la subrasante de un suelo con cohesión con la adición de ceniza de aserrín, la metodología fue de tipo deductivo de enfoque cuantitativo de diseño experimental, los resultados obtenidos de la adición de 8,13 y 18%, se demostró que con la adición de 18% se obtuvo una densidad máxima de 1.978 kg/cm3 y un CBR al 95% de 15.37%, concluyéndose que la plasticidad tuvo un descenso, el contenido de humedad bajó, lo cual generó una máxima densidad y la capacidad de soporte del terreno se elevó. Según (Chura Dueñas, 2022) en la tesis titulada “Aplicación de ceniza de boñiga para el mejoramiento de la subrasante en la avenida aviación, Puno – 2021” tuvo como objetivo analizar la ceniza de boñiga para el mejoramiento de la subrasante en la avenida aviación con la adición de ceniza de boñiga de 4, 8 y 12%, para mejorar las propiedades del suelo aplicándose una metodología cuasi experimental de tipo aplicada con una población conformada por las progresivas 01+500, 02+500 y 03+500, la muestra utilizada fue una grava limo arcillosa con presencia de arena, el resultado del CBR para la muestra patrón es de 19.2% y para las muestras con adición de 4%,8% y 12% el incremento del CBR fue de 23.4%, 29.4% y 30.2% obteniéndose valores óptimos para el tipo de suelo, también se obtuvo una plasticidad media , en el proceso de compactación el contenido de agua disminuye en 8.07 a 7.99% y la densidad aumenta de 1.909 a 2.057gr/cm3, concluyéndose que al aplicar ceniza de boñiga en carreteras arcillosas funciona como un buen estabilizador de suelos. El autor (Valderrama Limachi, 2022) en la investigación titulada “Mejoramiento de subrasante mediante el uso de ceniza de excremento de bovino y cal en la carretera Juliaca- Escallani del departamento de Puno, 2021” tuvo como objetivo de analizar

y mejorar el comportamiento físico y mecánico del material de subrasante con ceniza , utilizándose una metodología cuantitativa aplicada, la muestra fue tomada en un tramo de 3.1km, se utilizó ceniza de excremento de bovino en 10,15 y 20% y cal en 1,3 y 5%, en una calicata el valor de CBR patrón de suelo natural al 100%

de MDS fue 4.83% y 2.80% para un 95% de MDS con una adición de 5% de cal y 10% de ceniza de estiércol incorporado el CBR al 100% de MDS fue de 37.10% y 22.30% para un 95% de MDS mejorando su parámetros de resistencia. Los autores (Maquera Flores & Aquino Chura, 2021) en la tesis titulada “Estabilización de suelos arcillosos en caminos vecinales, rectificado con cal y ceniza volante, cantera Acora – Jayujayu, Acora, Puno – 2021” investigación cuyo objetivo fue determinar en qué medida el incremento de cal y ceniza volante es capaz de estabilizar suelos arcillosos, el tipo de investigación fue cuantitativa y aplicada con diseño cuasiexperimental , la población fueron los suelos arcillosos de la carretera, la muestra fue constituida por un tramo de 2.1km, el muestreo fue obtenida de manera no probabilística, la resistencia al corte para el suelo patrón fue de 1.85kg/cm2, y la MDS 18.55KN/m3, con el CBR al 100% la MDS fue de 28%, la dosificación que presentó mejores resultados fue 5%C+16%CV, con una resistencia al cortante de

9.11kg/cm2, DMS de 19.30KN/m3, un CBR al 100

% de MDS de 87%, llegándose a la determinación de que al adicionar ceniza más cal presenta una mejoría en el comportamiento físico y mecánico en diferentes proporciones, siendo la mejor dosificación la de 5%c + 16%cv la que presentó mejores resultados. El autor (Vargas Gonza, 2020), en su trabajo de título

“Estabilización de un suelo arcilloso con ceniza volcánica para el mejoramiento de subrasante en la progresiva km 5+100 al 6+100 del tramo Asirumi Rosaspata Huancané” tuvo como principal objetivo evaluar la estabilización de un suelo arcilloso con la adición de ceniza volcánica para mejorar un material para ser usado como subrasante, la investigación fue de tipo cuasi experimental, adicionándose ceniza obtenida del volcán de Sabancaya en porcentajes de 15%, 20% y 25%, el suelo usado fue clasificado como CL , al juntarse con ceniza volcánica cayó su plasticidad de 14.85 a 9.08% con una expansión de 1.074 a 0.304%, la variación de soporte fue significativa teniéndose un CBR de 4.58% para la muestra patrón y 8.20, 11.75 y 6.80% respectivamente con la adición de porcentajes de cenizas que fue mencionado antes, La adición de 20% de ceniza fue la más óptima haciendo

que esta incremente en un 61.02% con respecto al de la muestra de control, concluyéndose que la ceniza volcánica mejora las características físicas y mecánicas incrementando significativamente el CBR, haciendo que pase de ser una subrasante pobre a una subrasante de mejor calidad. Como bases teóricas tenemos el efecto de ceniza. Según Yapuchura, (2019), la ceniza incrementa la rigidez del suelo, haciendo que un suelo sufra cambios en sus propiedades físicas y mecánicas, este efecto ayuda a que el suelo soporte mayores pesos y/o cargas.

(p. 75). Así mismo Lima & Ulloa, (2019), Este artículo concluye que el uso de ceniza para el sector de la construcción es beneficioso en términos de características mecánicas de esfuerzo de compresión y tracción, lo cual aumentando la durabilidad a tiempos mayores y reduciendo la permeabilidad en los suelos cohesivos. Esto aumenta la durabilidad del suelo. Sin embargo, estos molinos deben cumplir ciertos parámetros, como es la relación de permeabilidad moderada del suelo, un endurecimiento estándar a una temperatura aproximada adecuada del ambiente.

En donde (Neyra, 2020), indica que debido a la menor densidad de sus componentes en paralelo con los del suelo natural, la adición de ceniza reduce la densidad seca máxima de un suelo areno-limoso. Debido a la mayor superficie de sus partículas, la adición de cenizas aumenta la cuantía de agua necesaria para la compactación. Propiedades de ceniza. La ceniza es considerada una puzolana cuyo índice de actividad puzolánica es 129% superior al determinado por el método estándar de la norma ASTM C311-04. Estos residuos de la incineración se trituran para obtener cenizas volantes con un tamaño medio de partícula de 23,9 µm (granulación por difracción láser), de tamaño similar al del cemento. La adición de estos agregados finos al suelo mejora sus propiedades geológicas y mecánicas.

Además, el uso de estos aditivos minerales muy finos reduce la segregación. Las cenizas que normalmente se producen por la combustión de antracita y hulla bituminosa y cuya suma de óxidos ácidos son superior al 70%. Una muestra de 4 kg de ceniza, recuperada, sometida a análisis químico. (Fernández, 2020). El origen y adquisición de la ceniza funcionan de la misma manera. Hay 48.000 ladrilleras de tipo artesanal repartidos por países como Argentina, Bolivia, Brasil, Colombia, Ecuador, México y el Perú. Los países mencionados producen un promedio de 2.619 kg de CO2 por tonelada, o 6.034.307 toneladas de CO2 cada año (Bickel, 2012). Empresa ladrilleras en la región Puno, existen

aproximadamente 435 empresas que producen ladrillos de manera artesanal en los distritos de Juliaca, Salcedo e Ilave del departamento de Puno. Hay 300 empresas ladrilleras en total ubicadas en Juliaca de la Provincia de San Román, con 100 empresas ubicadas en el distrito de Salcedo de la provincia de Puno (Gutierrez, 2018).

Tabla 1. Distribución de ladrilleras del departamento de Puno.

Distribución de ladrilleras del departamento de Puno.

Dep. Prov. Dist. Zonas Ladrilleras

Puno

Puno

Puno Carretera a Moquegua 5

CP. Salcedo San Pedro 100

San Román Juliaca Carretera a Arequipa 300

El Collao Ilave Carretera a Juli 30

Total 435

Nota. Esta tabla muestra la distribución de ladrilleras en el departamento de puno, tomado de (Gutierrez, 2018).

Ceniza de fondo. Esta ceniza presenta consistencia de fragmentos de ceniza producido en la cámara principal y la cámara inferior. Con frecuencia, se combina con impurezas de minerales que se encuentran en el combustible, como los barros.

Este material se ubica en la base del horno de cocción, lo cual sufre una separación de forma mecánica. En su mayor cantidad el (60%) de las cenizas que se producen por cocción de estiércol y carburo son cenizas del fondo (Mamani & Yataco, 2018).

Estabilización de suelos arcillosos, La finalidad de estabilizar un suelo es relativamente mejorar sus características, como la resistencia a la deformada, reduciendo la sensibilidad que tiene hacia el agua, gestionar los procesos erosivos y regular los cambios de volumen. Para cambiar algunas de las características indeseables de un suelo para el uso que le queremos dar, se debe estabilizar. Las principales características indeseables es el IP excesivamente elevado, que denota un subido valor de dilatación (o su contracción), y una capacidad de soportar MASA estructural excesivamente baja. Cuando el agua es absorbida o liberada por el suelo arcilloso, esta tiene la capacidad de cambiar su volumen, provocando que en la superficie del juramento se formen hinchazones que resultan de ciertas rajaduras que frecuentemente son visibles desde la cara con surcos horizontales.

Capacidad de soporte del suelo. Es una las variables de la presente investigación por lo que se realiza la definición, más que nada, la capacidad depende de controlar las deformaciones y esfuerzos. Por lo general, se elige el primero debido a su facilidad de determinación, que se aplica tanto al esfuerzo final como a la carga máxima; así mismo de acuerdo a (Castillo, 2005), es la capacidad de los granos del suelo para recuperar su forma después de estar húmedos y permitir que el agua pase a través del suelo. En cimientos “capacidad de soporte” se refiere el esfuerzo del suelo para resistir el peso de cualquier carga aplicada. Técnicamente, la capacidad de carga es la presión máxima de contacto del medio entre el suelo y el concreto evitando la erosión del suelo, ascenso y descensos excesivos. Por lo tanto, la capacidad aceptable debe centrarse en uno de los criterios operativos que se enumeran a continuación.

Tabla 2. Capacidad de soporte de algunos tipos de suelo

Capacidad de soporte de algunos tipos de suelo

Tipo de suelo Qs (kg/cm2)

Rocas 100 -15

Gravas arenosas (GW o GP) 5-3

Arenas con buena distribución de tamaños (SW) 3.75 – 2.25 Arenas con mala distribución de tamaños (SP) 3.00 – 1.75

Gravas compactadas (GM) 2.50 – 1.50

Arenas con presencia de limo (SM) 2.00 Gravas o arenas con arcilla (GC o SC) 2.00 Suelos inorgánicos y arenas finas (ML o CL) 1.00 Arcillas inorgánicas con plasticidad (CH o MH) 0.50

Nota. Esta tabla muestra los tipos de suelos y su capacidad portante, tomado de Teodoro E. Harmsen.

Propiedades físicas. La responsabilidad de transportar aire, calor, agua y sustancias solubles a través del suelo se basa en sus propiedades físicas, lo que hace que el suelo sea menos permeable y más vulnerable a las pérdidas por erosión y abrasión. (Castillo, 2005), Estos se manifiestan en cómo se comporta mecánicamente el suelo y son una expresión del equilibrio entre las partículas, la cantidad de agua y aire. La más importante es la textura, que se relaciona

directamente con la mayoría de las características físicas del suelo: haciendo que presenten una influencia significativa en las propiedades químicas, así como indirectamente en las propiedades biológicas a través del uso del componente arcilla. (Huiza & Quispe, 2017). La responsabilidad de transportar aire, calor, agua y sustancias solubles a través del suelo se basa en sus propiedades físicas. Estos pueden ser dañados por el tigre labrador, lo que hace que el suelo sea menos permeable y más vulnerable a las pérdidas por erosión y abrasión (Celis, Villacis,

& Samamé, 2018); Suelos Arcillosos, la mayoría de suelos arcillosos se encuentran en áreas con fuertes precipitaciones, los cuales presentan deficientes comportamientos en el dragado; estos suelos se caracterizan por un nivel alto de porcentaje de humedad y su resistencia baja en el lugar. Cuando hay cambios de humedad, los suelos arcillosos suelen presentar variación de su volumen. Los siguientes minerales activos componen el suelo arcilloso: clorita, vermiculita y montmorillonita, todos los cuales están presentes en cantidades pequeñas o insignificantes. Los únicos minerales que no se cree que sean activos son las caolinitas y las illtas, pero, sin embargo, pueden influir en la capacidad del suelo para expandirse cuando y donde se encuentren. Existen características físicas que inciden en el cambio de volumen y presentan un impacto tanto en el mismo lugar como también en laboratorio. Los tamaños de sus partículas están de acuerdo con el estándar: (ASTM D422), esto se puede observar en la tabla 3. en donde se indica el indicie de plasticidad y las características, así mismo en la tama4. se puede observar la clasificación de suelos finos de acuerdo a los tamaños de las partículas (Mamani & Yataco, 2018).

Tabla 3. Índice de plasticidad de suelos tipo arcilla según ASTM.

Índice de plasticidad de suelos tipo arcilla según ASTM.

Índ. De Plasticidad (IP) Características IP>20 Materiales muy arcillosos.

20>IP>10 arcillosos 10>IP>4 con poca arcilla

IP=0 Y exentos de arcilla

Nota. En la tabla se muestra el índice de plasticidad que presentan algunos suelos arcillosos. (Mamani & Yataco, 2018).

Tabla 4. Categorización de suelos según ASTM

Categorización de suelos según ASTM

Tipo Tamaño de grano

Grava Entre 75 mm – 2 mm

Arena gruesa: 2 mm – 0.2 mm.

fina: 0.2 mm – 0.05 mm.

Limo Entre 0.05 mm – 0.005 mm

Arcilla Menores a 0.005 mm.

Nota. En la tabla 4. se muestra la sistematización de los suelos con respecto a sus tamaños (Mamani & Yataco, 2018).

En la tabla 3, se visualiza los índices de plasticidad de acuerdo al tipo de arcilla, en donde un suelo con IP>20 son suelos con exceso de arcilla, 20>IP>10, suelos con arcillas, 10>IP>4 suelos sin nada de arcilla y IP = 0 son suelos sin presencia de arcilla; así mismo en la tabla 4, se muestran la categorización de suelos de acuerdo al tamaño de las partículas en donde la grava son de 75 mm – 2 mm, arena gruesa de 2 mm – 0.2 mm, arena fina 0.2 mm – 0.05 mm, limo 0.05 mm – 0.005 mm y arcilla menores a 0.005 mm.

Formación de partículas de suelo arcilloso.

Nota. El grafico muestra la formación de las partículas de arcillas. Tomado de (Mamani & Yataco, 2018).

En la Figura 1, se visualiza la formación de granos de suelo arcilloso, la estructura de suelos arcillosos en los se puede observar unidad tetraédrica formada por un ion de silicio constituido por cuatro átomos de oxígeno, así mismo se muestra En ambas situaciones, el elemento metálico con carga positiva está dentro, por otro lado, los iones metálicos con carga negativa los cuales se forman en la parte exterior. Las estructuras laminadas que se muestran, finalmente ocurren cuando otras unidades del átomo fundamentales se unen covalentemente usando oxígeno o iones de oxidorredoxina. Entre las estructuras laminares se encuentran los laminados tetraédricos y octaédricos.

Figura 1. Formación de partículas de suelo arcilloso.

Laminas formadas por estructuras atómicas de suelos.

Nota. En la figura 2. se muestra la formación atómica de los suelos. Tomado (Mamani & Yataco, 2018).

En la figura 2, a. se muestran las láminas formadas por estructura atómica de los suelos denominados sílice, lo cual está formado por tetraedros entrelazados en la cual comparten dos átomos de oxígeno, la representación gráfica es de forma trapezoidal, así mismo e la figura 2.b. se muestra lamina octaédrica en forma de octágonos, el cual es de aluminio enlazados que están en forma de di octaédrica denominada alúmina o gibsita, simbólicamente se puede ver en forma de rectángulos. En la figura 2.c, se puede ver una lámina que corresponde a octaedros de magnesio que forman una trioctaédrica denominada brucita, la simbología está en forma de rectángulo. De la misma forma se detalla las propiedades mecánicas.

Es la superficie que presenta soporte a la deformación, tanto a la compresión volumétrica como a la deformación lineal. Ambos tipos de resistencia a la deformación generalmente aumentan con la densidad aparente y la capacidad para un contenido de humedad dado. La susceptibilidad de un suelo a la deformación aumenta a medida que aumentan los niveles de humedad, lo que hace que los suelos densos sean más vulnerables a la compactación. (Castillo, 2005). Las características mecánicas de un sitio generalmente difieren en respuesta a cargas cambiantes (casi) instantáneas y cargas que permanecen. Esto pasa debido a que los suelos son esponjosos y los poros que presentan pueden estar saturados o Figura 2. Laminas formadas por estructuras atómicas de suelos.

semisaturados de agua. Dado que estos aumentan la presión intersticial sin desalinizar una cantidad perceptible de agua, la tierra a menudo se comporta de manera más dura frente a cargas de variación que ocurren casi instantáneamente.

De forma contraria, bajo cargas persistentes, la diferencia de presión entre varias partes del suelo hace que algunas zonas se empapen (Rosales, 2017). De la misma forma se detalla las pruebas de mecánica de suelos. Los cuales se realizan estudios con fines de determinar las propiedades físicas y mecánicas del suelo que se extrajeron de la zona de estudio. Se inicia detallando el contenido de humedad.

La relación entre la masa del agua y la masa de los sólidos contenidos en una misma superficie es lo que se entiende por el término “contenido de humedad”. Se expresa como un valor proporcional y teóricamente varía de 0 a más, el cual se determina con la siguiente expresión (Bonilla, 2020).

𝑊% = 𝑊𝑤

𝑊𝑠 ∗ 100 Ecua. (1)

W% = porcentaje de agua.

Ww = Masa de muestra con agua.

Ws = Masa de muestra sin presencia de agua.

Así mismo se detalla el Análisis Granulométrico. Este análisis establece las proporciones entre las distintas dimensiones de partículas en una muestra de suelo y se expresa como el porcentaje de la masa de suelo seco. Dado que es físicamente imposible determinar el tamaño exacto de cada partícula individual independientemente de la superficie, en la práctica los materiales solo se organizan según rangos de tamaños. Se utilizan dos métodos para examinar cómo se distribuye el suelo: el primero es el tamizado y el segundo es por análisis con hidrómetro (Bonilla, 2020), en la tabla 5, se observa la distribución de aberturas de tamices.

Tabla 5. Distribución de aberturas de tamiz.

Distribución de aberturas de tamiz.

Standard U.s. Bureau of standars Malla numero Abertura mm Malla numero Abertura mm

3” 76.200 4” 101.600

2” 50.800 2” 50.800

- 26.670 1” 25.400

- 18.850 ¾ 19.100

- 13.320 ½” 12.700

- 9.423 3/8” 9.520

3 6.680 ¼” 6.350

4 4.699 4 4.760

6 3.327 6 3.360

8 2.362 8 2.380

9 1..981 10 2.00

10 1.655 12 1.680

20 0.833 20 0.840

35 0.417 40 0.420

60 0.246 60 0.250

100 0.147 100 0.149

200 0.074 200 0.074

270 0.053 270 0.053

400 0.038 400 0.037

Nota. En la tabla 5. se muestra la repartición de aberturas de tamices estandarizadas internacionalmente tomado del autor (Bonilla, 2020),

Se continúa detallando el estudio de masa específico. Coinciden la masa de los sólidos y la masa del volumen de agua desalada por ellos, que es la densidad de todos los sólidos (Fuente, 2021). Los Límites de Atterberg. Es un experimento de laboratorio con parámetros bien definidos y controlados que permite determinar el rango máximo de humedad en el que un suelo se mantiene en un estado de forma plástico. Este tipo de datos se posibilitará su clasificación haciendo uso del sistema SUCS de clasificación uniforme de suelos; Límite líquido, el porcentaje de

humedad de un suelo entre el límite del estado semilíquido y plástico; Límite Plástico, es el contenido de humedad del suelo entre los estados semisólido y plástico (Fuente, 2021). De la misma manera la Consolidación Unidimensional, es uno de los ensayos que consiste en los ascensos primarios de consolidación son causados por un cambio de volumen provocado por la salida del agua a través de los vacíos del suelo. Esto ocurre principalmente en materiales cohesivos saturados, y el cambio se desarrolla durante un período prolongado de tiempo mientras aumenta lentamente (Guedes, Quispe, Ancajima, Mogollon, & Campos, 2021). La prueba de corte directo, es una forma sencilla y precisa de organizar una prueba de corte. Es posible ver un diagrama del artefacto de prueba directa. El aparato de prueba se compone de una caja de corte de metal donde se coloca la muestra de suelo. Estas ilustraciones pueden tomar la forma de un cuadrado o un círculo. Las dimensiones de las probetas utilizadas suelen oscilar entre 20 y 25 cm2 de sección transversal y entre 25 y 30 mm de altura. Este contenedor está dividido horizontalmente en su mitad. La fuerza que normalmente se genera sobre la muestra se aplica desde la parte superior de la celda de corte. El esfuerzo normal ejercido sobre el objeto expuesto puede alcanzar una magnitud. Para provocar una falla en la visualización del suelo, se usa fuerza de corte para mover una mitad del contenedor en relación con la otra (Chao, y otros, 2022).

Diagrama de corte directo.

Nota. La figura3. muestra el diagrama de corte directo. Tomado de los autores (Chao, y otros, 2022).

Figura 3. Diagrama de corte directo.

De acuerdo a (Atroush, Hefny, & Sorour, 2022), afirma que Meyerhof desarrolló su teoría de la capacidad limitante de las cimentaciones basándose en la teoría plástica extendiendo el análisis anterior para las zapatas superficiales a las cimentaciones superficiales y profundas en un material uniformemente cohesivo que exponía la fricación interna. Asimismo, desarrolló su fórmula clásica para la capacidad de carga de un suelo que tiene tanto cohesión como fricción al combinar los datos empíricos de las observaciones de campo con algunas consideraciones teóricas. Como se muestra en las características físicas de la cementación y las propiedades mecánicas del suelo, fueron representadas en esta fórmula por los factores de portabilidad (N c, N q y N y).

𝑁𝑞 = 𝑒^{𝜋𝑡𝑎𝑛∅}∗ 𝑡𝑎𝑛² (45 + ∅/2) Ecua. (2)

𝑁𝑐 = cot ∅(𝑁𝑞 − 1) Ecua. (3)

𝑁𝑦 = (𝑁𝑞 − 1) tan (1.4∅) Ecua. (4)

El autor Meyerhof (1963) hizo una relación matemática para poder generalizar el soporte de carga última para cimentaciones superficiales aplicando lo siguiente.

𝑞_𝑢 = 𝑐^′. 𝑁_𝑐. 𝐹_𝑐𝑠. 𝐹_𝑐𝑑. 𝐹_𝑐𝑖+ 𝑞. 𝑁_𝑞. 𝐹_𝑞𝑠. 𝐹_𝑞𝑑. 𝐹_𝑞𝑖 +¹

2. 𝛾. 𝐵. 𝑁_𝛾. 𝐹_𝛾𝑠. 𝐹_𝛾𝑑. 𝐹_𝛾𝑖 Ecua. (5) En donde los coeficientes que se presentan en la ecuación anterior indican lo siguiente: 𝑐^′= cohesión, 𝑞 = la sobrecarga definitiva en el fondo del cimiento; 𝛾=

representa el peso específico del suelo; 𝐵 = ancho de cimentación o diámetro de la misma; los factores 𝐹_𝑐𝑠𝐹_𝑞𝑠 𝐹_𝛾𝑠 = están acorde a la forma ; 𝐹_𝑐𝑑𝐹_𝑞𝑑𝐹_𝛾𝑑 = representados por la profundidad; 𝐹_𝑐𝑑𝐹_𝑞𝑑𝐹_𝛾𝑑= solo en caso de que se presente una carga con inclinación y 𝑁_𝑐𝑁_𝑞𝑁_𝛾= son los coeficientes de portabilidad. Para el caso en particular de calcular la capacidad de carga permisible es importante aplicar un factor de seguridad que corresponda a la capacidad de carga última, así como se presenta en la fórmula siguiente: 𝑞_{𝑝𝑒𝑟𝑚} =^𝑞𝑢

𝐹𝑆 ,Según el (ICG, 2018) en el artículo 21 de la normativa E050 nos indica hacer uso de un factor seguro de 3 para cargas estáticas.

III METODOLOGÍA

3.1 Tipo y diseño de investigación

3.1.1 Tipo de investigación por el propósito

De acuerdo al propósito del estudio, la presente investigación es de tipo aplicada.

Esto se debe a que el estudio se enfocó en los sistemas de filtración de agua, donde se utilizarán conceptos y teorías de la filtración manual del país. Cuando el objetivo de la investigación es obtener nuevos conocimientos, también tiene el objetivo de permitir soluciones a problemas prácticos. (Alvarez, 2020, pág. 65).

3.1.2 Tipos de investigación por el diseño

Los métodos experimentales que involucran la creación de un grupo de comparación se utilizan con mayor frecuencia cuando no es posible asignar la muestra de investigación o los grupos de tratamiento y control de manera aleatoria.

(White & Sabarwal, 2014).

3.1.3 Tipo de investigación por el nivel

La investigación explicativa busca explicar y determinar los fenómenos. En un contexto cuantitativo, este tipo de estudios se pueden utilizar para instaurar una relación de causa entre las variables. Para este nivel de investigación se requiere la formulación de hipótesis de estudio que encuentre determinar la correlación de causa y efecto en los fenómenos de interés del investigador. (Salazar, 2018).

3.1.4 Método de investigación

El método deductivo, que significa conducir o extraer en términos de sus raíces lingüísticas, se basa en el razonamiento, al igual que el método inductivo. Sin embargo, su aplicación es totalmente diferente, pues en este caso el razonamiento inductivo permite trasladar principios generales a hechos específicos. Lo anterior se traduce principalmente en un examen de principios generales sobre un tema específico: una vez que un principio ha sido probado y validado, se aplica a contextos específicos (Prieto, 2017).

El estudio asume el método como método general hipotético DEDUCTIVO.

3.2 Variables y operacionalización

3.2.1 Variable Independiente: Efecto de cenizas producto de ladrilleras.

Definición conceptual. Según Roger, (2019), la ceniza incrementa la rigidez del suelo, haciendo que un suelo sufra cambios en sus propiedades físicas y mecánicas, este efecto ayuda a que el suelo soporte mayores pesos y/o cargas.

Definición operacional. La variable independiente efecto ceniza producto de ladrilleras se operacionaliza por medio de las dimensiones de la investigación (propiedades de la ceniza) y por medio de sus indicadores (Densidad (g/cm3), Humedad (%).

3.2.2 Variable Dependiente: Capacidad portante del suelo.

Definición conceptual. En términos técnicos, la capacidad portante es la cantidad de máxima presión entre el suelo y una carga para evitar un derrumbe o un diferencial de asentamiento excesivo.

Definición operacional. La variable dependiente capacidad portante del suelo, se operacionaliza por de medio de sus dimensiones (Propiedades físico mecánicas de suelos, Proporción de ceniza y Propiedades mecánicas del suelo con ceniza) e indicadores (Tipo de suelo, Contenido de humedad, Límites de consistencia, esfuerzo de suelo sin ceniza, dosificación de 5%, dosificación de 10%, dosificación de 15%, Esfuerzo de suelo con adición de ceniza (kg/cm2).

3.3 Población y muestra.

3.3.1 Población de estudio.

La población es un grupo de casos definidos, limitados y accesibles que servirán de base para la selección de la exposición y deben cumplir con un grupo de teorías predeterminadas. Es significativo señalar que cuando se utiliza el término

“población de estudio”, no solo es referido a los seres vivos, sino también a animales, especímenes biológicos, organizaciones, etc.; para este último, un