UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

(1)

I

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

Título de la Tesis

“ESTUDIO DE LA EFECTIVIDAD DE LAS GEOCELDAS ELABORADAS DE

LLANTAS RECICLADAS EN SUBRASANTE DE ARCILLA - HUANCAYO 2021”

Presentado por:

Rojas Velarde, Frank Omar (https://orcid.org/0009-0003-8311-9401)

Para optar el título profesional de:

INGENIERO CIVIL

Asesor:

Mg. García Corzo, Augusto Elías (https://orcid.org/0000-0001-8531-6626)

LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Geotecnia y transporte

HUANCAYO – PERÚ 2023

(2)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ Facultad de Ingeniería Civil

facultad de Ingeniería Civil de la UNCP

INFORME N° 063 – 2022 – DFIC – UNCP

A : PHd. TITO MALLMA CAPCHA

DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL – UNCP DE : ING. AUGUSTO GARCÍA CORZO

ASESOR DE TESIS

ASUNTO : ORIGINALIDAD DEL TRABAJO DE INVESTIGACION FECHA : CIUDAD UNIVERSITARIA 12 DE JUNIO del 2023

Mediante el presente lo saludo muy cordialmente y al mismo tiempo para informarle que habiendo subido la tesis final, presentado por el bachiller “Rojas Velarde, Frank Omar”

trabajo titulado “ESTUDIO DE LA EFECTIVIDAD DE LAS GEOCELDAS ELABORADAS DE LLANTAS RECICLADAS EN SUBRASANTE DE ARCILLA - HUANCAYO 2021” al sistema TURNITIN.

La tesis mencionada fue procesado a través del software turnitin, encontrándose 19% de similitud y estando por debajo de limite aceptable, expreso mi conformidad recomendando la continuación del Trámite para su sustentación.

Anexo: reporte de turnitin UNCP.

Es cuanto informo para su conocimiento y fines.

ASESOR DE TESIS

ING. AUGUSTO GARCIA CORZO CIP 85267

(3)

19 %

INDICE DE SIMILITUD

16 %

FUENTES DE INTERNET

3 %

PUBLICACIONES

10 %

TRABAJOS DEL ESTUDIANTE

1 6 %

2 3 %

3 2 %

4 1 %

5 1 %

6 1 %

7 < 1 %

8 < 1 %

TESIS - Rojas Velarde, Frank Omar

INFORME DE ORIGINALIDAD

FUENTES PRIMARIAS

hdl.handle.net

Fuente de Internet

Submitted to Universidad Nacional del Centro del Peru

Trabajo del estudiante

silo.tips

Fuente de Internet

www.geoceldas.com

Fuente de Internet

www.vidasostenible.org

Fuente de Internet

repositorio.urp.edu.pe

Fuente de Internet

es.scribd.com

Fuente de Internet

upc.aws.openrepository.com

Fuente de Internet

(4)

36 < 1 %

37 < 1 %

38 < 1 %

39 < 1 %

40 < 1 %

41 < 1 %

42 < 1 %

43 < 1 %

44 < 1 %

Excluir citas Activo Excluir bibliografía Activo

Excluir coincidencias < 15 words

repositorio.escuelamilitar.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.udh.edu.pe

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upcommons.upc.edu

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repositorio.unamba.edu.pe

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repositorio.une.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.unjfsc.edu.pe

Fuente de Internet

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Fuente de Internet

Submitted to Gimnasio Campestre San Rafael

Trabajo del estudiante

(5)

II Dedicatoria:

A mis padres y hermanas, por su apoyo incondicional, interminable y desinteresado.

(6)

III Agradecimientos:

A mi asesor y revisores, por la orientación brindada para la realización y finalización de esta tesis.

(7)

IV ÍNDICE

Dedicatoria: ... II Agradecimientos: ... III ÍNDICE ... IV INDICE DE TABLAS ... VII INDICE DE FIGURAS ... IX

RESUMEN ... 1

ABSTRACT ... 2

INTRODUCCION ... 3

I.PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ... 5

1.1. Descripción de la realidad problemática ... 5

1.2. Formulación del problema: ... 6

1.2.1. Problema general ... 6

1.2.2. Problemas específicos ... 6

1.3. Objetivos de investigación: ... 6

1.3.1. Objetivo general ... 6

1.3.2. Objetivos específicos ... 6

1.4. Justificación ... 7

1.4.1. Justificación metodológica... 7

1.5. Delimitación ... 7

1.5.1. Delimitación espacial ... 7

(8)

V

1.5.2. Delimitación Temporal ... 7

II. HIPÓTESIS Y VARIABLES ... 8

2.1. Hipótesis General ... 8

2.2. Hipótesis Especifica ... 8

2.3. Variables ... 8

III.MARCO TEÓRICO ... 10

3.1. Antecedentes del problema ... 10

3.1.1. Antecedentes nacionales ... 10

3.1.2. Antecedentes Internacionales ... 15

3.2. Bases teóricas ... 20

IV. METODOLOGÍA ... 34

4.1. Método de la investigación ... 34

4.2. Tipo de investigación ... 34

4.3. Nivel de la Investigación ... 34

4.4. Diseño de la Investigación... 35

4.5. Población y Muestra ... 35

4.5.1. Población... 35

4.5.2. Muestra. ... 36

4.5.3. Muestreo ... 36

4.6. Técnicas e instrumentos de Recolección de Datos ... 36

4.6.1. Técnica de recolección de datos: ... 36

(9)

VI

4.6.2. Instrumento de recolección de datos ... 37

4.7. Procedimientos de recolección de Datos ... 38

V.ANALISIS, RESULTADOS Y DISCUSIONES ... 39

5.1. Análisis y resultados sobre las deflecciones ... 39

5.2. Análisis y resultados en el módulo de resiliencia ... 72

5.3. Análisis y resultados sobre el espesor de la capa ... 91

5.4. Análisis y resultados en la capacidad estructural ... 96

5.5. DISCUCIONES ... 96

5.5.1. Discusión 1 ... 96

5.5.2. Discusión 2 ... 97

5.5.3. Discusión 3 ... 98

5.5.4. Discusión 4 ... 98

5.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO (Contraste de hipótesis) ... 99

5.6.1. Porcentaje de reducción en la Zona 1 ... 99

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ... 113

6.1. Conclusiones: ... 113

6.1.1. Conclusión 1 ... 113

6.1.2. Conclusión 2 ... 113

6.1.3. Conclusión 3 ... 114

(10)

VII

6.1.4. Conclusión 4 ... 114

6.2. Recomendaciones: ... 115

6.2.1. Recomendación 1 ... 115

REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS ... 117

ANEXOS ... 118

ANEXOS 1. Matriz de Consistencia ... 118

ANEXO 2. USO DEL DEFLECTÓMETRO Y LECTURAS DE LA DEFLECTOMETRÍA 120 ANEXO 3. CERTIFICADOS DE LABORATORIO ... 134

ANEXO 4. PANEL FOTOGRÁFICO ... 194

INDICE DE TABLAS Tabla 1 Operacionalización de Variables ... 9

Tabla 2 Valores mínimos ensayo DMA ... 28

Tabla 3 Valores típicos de MIF... 30

Tabla 4 Criterio de Decisión e Interpretación ... 38

Tabla 5 Tramos del proyecto ... 40

Tabla 6. Características técnicas de las llantas recicladas: ... 41

(11)

VIII Tabla 7 Deflectometría de la subrasante natural y subrasante estabilizado zona

1 ... 48

Tabla 8 Deflectometría de la subrasante natural y subrasante estabilizado zona 2 ... 50

Tabla 16 Módulo de resiliencia del tramo 1 y la zona 1 ... 72

Tabla 19 Modulo de resiliencia del tramo 1 y la zona 3 ... 78

Tabla 22 Modulo de resiliencia del tramo 3 y la zona 1 ... 84

(12)

IX

Tabla 25: Detallado estadístico para Reducción (%) en la zona 1 (H = 19.5cm) ... 99

Tabla 26: Distribución paramétrica para Reducción (%) en la zona 1 (H = 19.5cm) ... 101

Tabla 27: Prueba bivariada para Reducción (%) en la zona 1 (H = 19.5cm) 102 Tabla 28: Detallado estadístico para Reducción (%) en la zona 2 (H = 20.5cm) ... 104

Tabla 30: Prueba bivariada para Reducción (%) en la zona 2 (H = 20.5cm) 107 Tabla 31: Detallado estadístico para Reducción (%) en la zona 3 (H = 25.5cm) ... 109

Tabla 33: Prueba bivariada para Reducción (%) en la zona 3 (H = 25.5cm) ... 111

INDICE DE FIGURAS Figura 1 Vista de Geocelda convencional ... 25

Figura 2 Geoceldas en concesión vial Devinorte ... 25

Figura 3 Temperatura vs. Módulo elástico ... 26

Figura 4 Esfuerzo vs. Deformación ... 27

Figura 5 Distribución del confinamiento en la zona reforzada ... 31

(13)

X

Figura 6 Descarga de neumáticos para su transformación. ... 32

Figura 7 Plano de ubicación referencial del proyecto ... 39

Figura 8 Eliminación del material orgánico ... 40

Figura 9 Distribución de los tramos del proyecto ... 42

Figura 10 Esquema del tramo 1 y zonas ... 42

Figura 11 Distribución del tramo en el lugar del proyecto ... 43

Figura 16 Esquema de la medición de los puntos para los diferentes tramos ... 46

Figura 17 Deflectómetro de impacto ... 47

Figura 18 Medición de los puntos con el deflectómetro de impacto ... 47

Figura 19 Deflectometría de las geoceldas diámetro 1 con llantas altura de lona 19.5cm ... 50

(14)

XI Figura 24 Deflectometría de las geoceldas diámetro 3 con llantas altura de lona 20.5cm ... 62

Figura 28 Promedio de las deflexiones por diámetro tramo 3 ... 71 Figura 29 Módulo de resiliencia de la geocelda con llantas de diámetro 1 y altura de lona 19.5cm ... 74

Figura 30 Módulo de resiliencia de la geocelda con llantas de diámetro 2 y altura de lona 19.5cm ... 76

(15)

XII Figura 37 Módulo de resiliencia de la geocelda con llantas de diámetro 3 y altura de lona 25.5cm ... 90

Figura 38 Deflexión de las geoceldas con un espesor de capa de 24.5cm ... 92 Figura 39 Deflexión de las geoceldas con un espesor de capa de 25.5cm ... 93 Figura 40 Deflexión de las geoceldas con un espesor de capa de 30.5cm ... 94 Figura 41 Deflexión de las geoceldas con llantas recicladas con los tres espesores de capa ... 95

Figura 42: Gráfica de cajas para Reducción (%) en la zona 1 (H = 19.5cm) ... 101 Figura 43: Diagrama de burbujas para Reducción (%) en la zona 1 (H = 19.5cm) ... 103

(16)

1

RESUMEN

Para la presente investigación se desarrolló la evaluación de la subrasante de suelos arcillosos oriundos del distrito de Cochas en la ciudad de Huancayo donde se pudo observar deficiencia para la estructura de la subrasante y se tuvo que mejorar este tipo de suelo con las geoceldas de las llantas recicladas, las que se encuentra en gran cantidad en nuestra ciudad incontrastable. La subrasante es la superficie sobre el cual se coloca la estructura del pavimento, generalmente consistente con el suelo natural disponible donde se realiza el pavimento.

Para determinar los objetivos propuestos en la presente investigación se tuvo que estudiar la subrasante del suelo arcilloso, la subrasante del suelo estabilizado tomando como datos la deflexión de cada uno de ellos, mediante el equipo de deflectometría LWD, los puntos que se consideró tanto para la subrasante sin estabilizar y la subrasante estabilizada fueron los mismos para tener una comparación en cuanto a los resultados que nos arrojó el equipo y que fueron procesados por el software del equipo, con respecto al módulo de resiliencia se realizó un retro cálculo que se obtiene de los datos de deflexión del equipo de deflectometría.

La deflexión se tomó en unos tres tramos para ello los resultados arrojados fueron, para la subrasante fue de 1.080mm y para la subrasante estabilizada fue 0.785mm, para el segundo tramo se obtuvo un promedio de 1.206mm para la subrasante y para la subrasante estabilizada se tiene un promedio de 1.084mm, por último, para el tercer tramo se obtuvo un promedio de 0.967mm para la subrasante y para la subrasante estabilizada un promedio de 0.867mm. Se concluyó que para el primer tramo la deflexión se reduce en un 27.31%, para el segundo tramo la deflexión se reduce en 10.12% y para el tercer tramo se tiene una reducción de 10.34% con la aplicación de la geoceldas de llantas recicladas.

Palabras clave: Geoceldas, capacidad estructural de subrasante, subrasante de arcilla.

(17)

2 ABSTRACT

For the present investigation, the evaluation of the subrasante of clay soils from the district of Cochas in the city of Huancayo was developed where deficiency for the structure of the subrasante could be observed and it had to improve this type of soil with the geocells of the recycled tires, which is found in great quantity in our uncontrastable city. The undergrazing is the surface on which the structure of the pavement is placed, generally consistent with the natural floor available where the pavement is made.

To determine the objectives proposed in this research had to study the undergrazing of clay soil, the undergrazing of stabilized soil taking as data the deflection of each one of them, by means of the deflectometry LWD equipment, the points that were considered for both the unstabilized undergrazing and the stabilized undergrazing were the same to have a comparison in terms of the results that the equipment gave us and that were processed by the software of the equipment, with respect to the resilience module a retro calculation was made that is obtained from the deflection data of the deflectometry equipment.

The deflection was taken in about three sections for it the results were, for the subrasante was 1.080mm and for the stabilized subrasante was 0.785mm, for the second section an average of 1.206mm was obtained for the subrasante and for the stabilized subrasante has an average of 1.084mm, finally, for the third section an average of 0.967mm was obtained for the subrasante and for the stabilized subrasante an average of 0.867mm. It was concluded that for the first tranche the

deflection is reduced by 27.31%, for the second tranche the deflection is reduced by 10.12% and for the third tranche has a reduction of 10.34% with the application of the geoceldas of recycled tires.

Keywords: Geoceldas, structural capacity of subrasante, clay subrasante.

(18)

3 INTRODUCCION

Perú es uno de los países con evidencia de desgaste muy temprana en sus vías ya sean principales o secundarias, ya que éstos vienen a ser los principales medios de comunicación en el país, e influye en su economía, en tanto no es el único problema que lo aqueja como país, por otro lado, los accidentes de tránsito son un problema que en la actualidad afecta y demandan de atención para poder prevenirlos.

La tendencia actual que se plantea es comenzar a modificar las vías vehiculares convencionales por vías que presenten un diseño adecuado para servir tanto al tránsito de vehículos motorizados, no motorizados y peatonales que a su vez cuenten con sistemas de señalización que sean efectivos y agradables visualmente, además de que los costos por continuo mantenimiento de estos sistemas de señalización y restricción pueden llegar a ser muy elevados, por otra parte, hay carencia de información de éste tipo de señalización en nuestro país y no es muy comercializada en el mercado.

Por ello es indispensable para la mejora de los pavimentos disponer de una buena subrasante, en las cuales en presente investigación se dio por conveniente realizar la implementación de geoceldas elaboradas a partir de llantas recicladas. En tanto se tomó los valores de la deflexión que tenía esta subrasante sin estabilizar el suelo y el suelo estabilizado con las geoceldas.

En tal sentido esta investigación aplica metodologías para determinar la deflexión y el módulo de resiliencia tanto para la subrasante y la subrasante estabilizada. Para la presente investigación se cuenta con siete capítulos los cuales son descritos a continuación:

(19)

4 CAPITULO I:

El capítulo I consta del planteamiento del problema, formulación del problema, problema general y específicos, justificación del problema, la delimitación de la investigación entre ellos la delimitación temporal, conceptual y la espacial.

CAPITULO II:

El capítulo II consta de la hipótesis general y la hipótesis específica, la operacionalización de las variables.

CAPITULO III:

El capítulo III consta de los antecedentes nacionales e internacionales, la base teórica y definición de términos básicos.

CAPITULO IV:

El capítulo IV consta de la metodología, el tipo de investigación, el nivel de investigación, el diseño de investigación, la población y la muestra, las técnicas y los instrumentos, por último, los procedimientos de recolección de datos.

CAPITULO V:

El capítulo V consta de los resultados y discusiones.

CAPITULO VI:

El capítulo VI consta de las conclusiones y recomendaciones.

CAPITULO VII:

El capítulo VII consta con las referencias bibliográficas

Por último, se adjuntaron todos los anexos respectivos de los distintos ensayos realizados para la presente investigación, así como la matriz de consistencia y el panel fotográfico.

(20)

5 I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1. Descripción de la realidad problemática

Dentro de la ingeniería vial las distintas infraestructuras se apoyan en un suelo de cimentación estable y con buenas características, por lo que la subrasante es la superficie sobre la cual se ubica la estructura del pavimento, generalmente está constituido por el suelo natural disponible. Sin embargo, a veces el suelo es de mala calidad y necesita ser reemplazado o mejorado para lograr un óptimo desempeño para la capacidad de carga para la cual fue diseñada, con el fin de que cumpla con los requisitos mínimos para ser usado como el apoyo del pavimento flexible, rígido u otro. Para cumplir con la vida útil esperada del paquete estructural del pavimento, la subrasante debe presentar propiedades físicas y mecánicas favorables, pero en muchos casos ésta subrasante está conformada por suelos blandos las que tienen propiedades físicas y mecánicas desfavorables para la ingeniería de carreteras, por lo que la estabilidad del suelo debe mejorarse, de lo contrario, las capas de la estructura del pavimento deberá ser de mayor espesor para cumplir con los mismos requisitos, incurriendo en mayores costos en los proyectos. Como sucede en la mayoría de los casos de las vías en la amazonía en la que se encuentra mucho suelo arcilloso (Suelo blando), no hay material granular adecuado cerca al proyecto, por lo que las soluciones pueden ser muy costosas. En tal sentido cualquier investigación que proponga formas alternativas de estabilización contribuye al desarrollo de los proyectos viales a nivel nacional e internacional.

(21)

6 1.2. Formulación del problema:

1.2.1. Problema general

¿Cuál es el efecto de las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, en la subrasante de arcilla - Huancayo 2021?

1.2.2. Problemas específicos

¿Qué efecto producen las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, sobre las deflecciones en la subrasante de arcilla - Huancayo 2021?

¿Qué impacto generan las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, en el módulo de resiliencia de la subrasante de arcilla - Huancayo 2021?

¿Qué efecto tienen las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, sobre el espesor de la capa de subrasante estabilizada de arcilla - Huancayo 2021?

1.3. Objetivos de investigación:

1.3.1. Objetivo general

Determinar cuál es el efecto de las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, en la subrasante de arcilla - Huancayo 2021.

1.3.2. Objetivos específicos

Calcular el efecto que producen las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, sobre las deflecciones en la subrasante de arcilla - Huancayo 2021.

Evaluar qué impacto generan las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, en el módulo de resiliencia de la subrasante de arcilla - Huancayo 2021.

Conocer qué efecto tienen las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, sobre el espesor de la capa de subrasante estabilizada de arcilla - Huancayo 2021.

(22)

7 1.4. Justificación

1.4.1. Justificación metodológica

El sistema de contención de geoceldas recicladas se utiliza para estabilizar suelos blandos, éstas se componen principalmente de llantas recicladas interconectadas similares a las tradicionales geoceldas de panal. Mediante un proceso de compactación uniforme, forman una superficie altamente resistente a la flexión, que se comporta como una estructura semirrígida. el Instituto de Desarrollo Urbano de Bogotá (IDU, 2011), menciona que “esto hará que la carga aplicada se distribuya lateralmente y disminuya la presión de contacto”. Esto beneficiará a las subrasantes conformadas por arcilla y llantas recicladas en zonas que carecen de material granular de canteras adecuadas para pavimentación de carreteras. Se espera que el uso de un sistema conformado por una geocelda aumente la estabilidad del suelo natural y evite el desplazamiento lateral.

1.5. Delimitación

1.5.1. Delimitación espacial

La presente investigación se desarrolló en el distrito de Cochas provincia de Huancayo, por otro lado, los ensayos de laboratorio se desarrollaron en el laboratorio LSD ingeniería vial.

1.5.2. Delimitación Temporal

La presente investigación se desarrolló en el periodo comprendido entre agosto del año 2021 hasta enero del año 2023.Las pruebas en el sitio se realizaron en 4 meses, lo cual es esencial para comprender los datos y el análisis posterior. Estos

(23)

8 datos son necesarios para alcanzar los objetivos establecidos para su implementación de octubre del 2022 a enero del 2023.

II. HIPÓTESIS Y VARIABLES 2.1. Hipótesis General

Las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, mejoran considerablemente la subrasante de arcilla - Huancayo 2021.

2.2. Hipótesis Especifica

Las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, reducen hasta en un 25% las deflecciones en la subrasante de arcilla - Huancayo 2021.

Las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, incrementan hasta en un 10%

el módulo de resiliencia de la subrasante de arcilla - Huancayo 2021.

Las geoceldas elaboradas de llantas recicladas, reducen el espesor de la capa de subrasante estabilizada de arcilla - Huancayo 2021.

2.3. Variables

Variable independiente: geoceldas

Variable dependiente: subrasante de arcilla

(24)

9 Tabla 1 Operacionalización de Variables

Variables Definición Conceptual

Definición

Operacional Dimensiones Indicadores Escala

VI:

GEOCELDAS

Sistema de confinamiento celular para conseguir una buena compactación de suelos.

Elaborar geoceldas a base de llantas recicladas los cuales van a ser colocados con la finalidad de mejorar la capacidad estructural de la subrasante de suelo arcilloso.

Tipo de geocelda

Ficha técnica

de la geocelda Tipo

Diámetro de geocelda

Ficha técnica

del neumático Cm

Altura de lona de la llanta reciclada

Ficha técnica

del neumático Cm

VD:

SUBRASANTE DE ARCILLA

Superficie terminada de un pavimento sobre la cual se coloca la estructura del pavimento o afirmado.

La capacidad estructural será medida de una subrasante de suelo arcilloso a la cual se

implementará las geoceldas de llantas recicladas con la finalidad de mejorar la misma.

Deflexión Ensayo de

deflectometría Mm

Módulo de resiliencia

Retrocálculo

numérico Psi

Espesor de subrasante

Ficha técnica

del neumático Cm

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10 III. MARCO TEÓRICO

3.1. Antecedentes del problema 3.1.1. Antecedentes nacionales

Según (MATTOS ESPINOZA, 2019) En su investigación titulada “MEJORA DE LA SUBRASANTE DE SUELO ARCILLOSO APLICANDO EL SISTEMA DE CONFINAMIENTO CELULAR PARA REDUCIR LAS CAPAS DEL PAVIMENTO”, Muestra que a lo largo de la extensión de nuestro territorio peruano, podemos encontrar suelos con diferentes características, pero en lo que se refiere a arcillas con baja resistencia al corte, cuando se utilizan como suelos de fundición para el diseño de pavimentos, producen una gran cantidad de capas granulares. y asfalto El grosor de la capa significa un alto costo y tiempo de construcción. Por lo tanto, se han realizado varias mejoras a la arcilla, como la aplicación de productos químicos, métodos mecánicos, mejoras en productos asfálticos y el uso de geosintéticos. En este documento, en un proyecto vial que utiliza geoceldas a nivel de subrasante, se estudian los beneficios del sistema de contención alveolar. Mediante cálculos utilizando el programa WinDepav v2.6, se realiza un nuevo diseño correspondiente del pavimento flexible. Nueva mecánica. Mejoras y reducción del espesor de la capa de partículas. Para nuestros modelos reales y académicos, la mejora de la calzada es muy impresionante porque ha pasado de 27,63 MPa a 287,32 MPa. Debido al efecto de la aplicación del sistema de contención alveolar en la calzada de la ingeniería vial, se puede observar que el módulo elástico de la capa adyacente ha producido la mayor mejora; si la capa adyacente es la capa base, aumenta de 108.87 MPa a 108.87 MPa en nuestro estudio 152.42 MPa, si la capa adyacente es la capa base, el incremento máximo aumentará de 134.04 MPa a 187.65 MPa; en ambos casos hay una mejora del 40.00%. Comparado con la deflexión que puede soportar

(26)

11 nuestro modelo real, la deflexión inicial que muestra es de 2,33 mm, en cualquier caso, este límite no se puede superar, porque nuestro proyecto fracasará. Por lo tanto, en el análisis se eliminó la capa de material de subbase y se realizó el análisis con el mejoramiento del lecho de la calzada, y finalmente se obtuvo una deflexión de 1,12 mm. El impacto de la calzada mejorada de la sala se redujo en un 51,93%.

Según (QUIJADA, 2019) En su investigación titulada “USO DE GEOCELDAS EN PAVIMENTOS FLEXIBLES USADAS EN LOS ÚLTIMOS 10 AÑOS”, Muestra que el propósito de este trabajo es realizar una revisión sistemática mediante la selección de un estudio comparativo entre pavimentos flexibles con y sin geoceldas. La investigación utiliza estrategias de búsqueda y los criterios de inclusión / exclusión de artículos científicos relacionados como parámetros. El tema de la encuesta, registrar datos en cada estudio y realizar su propio análisis cuantitativo para cada estudio analizado y revisado. Debido a los requerimientos de los métodos de investigación científica, el principal estándar de análisis es la pregunta de investigación del título, desde donde se consideran los objetivos e hipótesis, todas las cuales son considerar o no los documentos de investigación en la evaluación del sistema, y aplicar estadísticas. técnicas a los diferentes estudios recogidos y los resultados se analizan cuantitativamente. Además, el estudio muestra que el mantenimiento es un elemento clave para la competitividad y la calidad. Con base en una revisión de la literatura científica de los últimos años, se realizó una búsqueda de información en una base de datos fuente confiable de 2009 a 2019. "Desarrollado en los últimos diez años para hacer un buen uso de las geoceldas en pavimentos flexibles". En los trabajos, artículos científicos, revistas y libros de los últimos 10 años, revise todo el contenido relacionado con el uso de geoceldas en pavimentos flexibles en la última década en

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12 base a la calidad. Es necesario evaluar la información y se utilizan las siguientes palabras clave: el uso de geoceldas en pavimentos flexibles, para cada tipo de revestimiento, para mostrar los estándares generales que influyen en el concepto y diseño de estas estructuras. Luego de implementar este diseño, continuamos analizando la estabilidad de suelos y taludes según la norma de construcción peruana CE 020 como variables comparativamente definidas, y los resultados obtenidos mostraron los problemas relacionados con el nivel de grietas en pavimentos flexibles y cómo podemos minimizar riesgo de grietas a pesar de las restricciones geográficas.

Según (Chávez Díaz & Fernández Cobeña, 2021) en su investigación

“MEJORA DE LA PRODUCTIVIDAD EN LA INSTALACIÓN DE UN PAVIMENTO DE CAPA DE RODADURA COMPUESTA POR GEOCELDA Y GRAVA CON EL USO DE SUELO-CEMENTO Y HERRAMIENTAS DE GESTIÓN UBICADA EN LA SELVA PERUANA” Muestra que en la selva peruana, uno de los principales problemas que afectan el desarrollo de los proyectos de pavimentación son las lluvias continuas, cuyo tamaño e intensidad son impredecibles porque provocarán inundaciones y paralización de recursos de obra, afectando la rentabilidad o provocando pérdidas a los contratistas El objetivo de este trabajo es incrementar la productividad de mano de obra y equipos en un proyecto de pavimentación vial en la selva peruana El pavimento del proyecto está formado por una base de suelo de cemento y una superficie rodante compuesta por geoceldas y grava. Además, la propuesta de pavimento mostrará que es necesario el uso de herramientas de gestión en la ejecución de la obra. En el Capítulo 2, desarrollaremos la base teórica de la productividad y el pavimento. Luego, en el Capítulo 3, enumeraremos los proyectos en la selva peruana que se han retrasado y / o suspendido debido a la lluvia. Una de

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13 las soluciones alternativas son las recomendaciones que haremos en el Capítulo 4, que señalarán los pasos para aumentar la productividad durante el proceso de construcción y los pasos para aplicar herramientas de gestión como el valor ganado, la productividad exponencial y el análisis de brechas. En el Capítulo 5, los pasos descritos en el capítulo anterior deben aplicarse a proyectos con sobrecostos y retrasos. Al cambiar la estructura del pavimento, el proceso de construcción y el uso de herramientas de control, se propone un sistema de pavimentación mejorado. La capa base y la banda de rodadura compuestas por geoceldas y grava forman parte del pavimento mejorado, no serán dañadas por la lluvia, pero proporcionan un drenaje adecuado durante la instalación y puesta en servicio. Si bien el precio unitario de la base cemento-suelo es superior al confirmado, debido a que su resistencia es 5 veces superior a la compactación confirmada, el tiempo de instalación es menor y el espesor es menor. Las herramientas de gestión del valor ganado ayudan a determinar que la primera semana de impacto es la semana 3; esta es la primera semana en un estado atrasado, y se debe tomar una decisión para cambiar el material básico para hacerlo menos susceptible a la lluvia. En el análisis de los indicadores básicos confirmados de productividad por horas hombre del proyecto, determinar la inconveniencia hipotética de parada y / o mantenimiento, considerar trabajos de drenaje temporal, para que luego de que termine la lluvia, actividades como bombeo y degradación del desempeño por condiciones inseguras. El número de horas-hombre utilizadas para instalar la rejilla de diamante es el 15% de las horas-hombre utilizadas para confirmar la mejora del pilar, lo que demuestra que la demanda de neumáticos es relativamente baja. Las horas-hombre empleadas para instalar la piedra triturada representaron el 21% de las horas-hombre consumidas para confirmar la mejora de la cimentación, lo que demuestra que la cara rodante tiene una menor demanda de mano de obra. En

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14 el análisis de brechas se determina que materiales como el confirmado, la grava y las geoceldas son los recursos que mayor impacto tienen en el presupuesto final, son estos materiales a los que se debe prestar más atención y plantear algunas sugerencias de mejora continua desde el inicio del proyecto.

Según (Aguinaga, 2016) en su investigación titulada “COMPARACIÓN TÉCNICA ENTRE EL USO DE GAVIONES Y GEOCELDAS COMO ESTRUCTURAS DE DEFENSA RIBEREÑA” Se utilizaron tres variables técnicas para comparar los efectos de dos revestimientos sobre la erosión de las riberas. Los revestimientos analizados fueron colchones jaula de piedra y geoceldas rellenas de hormigón, mientras que las variables definidas para la comparación fueron la resistencia a la erosión y durabilidad, rugosidad superficial y estabilidad del sistema de protección.

Para lograr una comparación objetiva de las variables definidas, se recomienda tomar como ejemplo el proyecto de defensa fluvial del río Zarumilla en Tumbes como marco para evaluar las condiciones de diseño de los recubrimientos. El proyecto de defensa fluvial se implementó en el marco de la cooperación entre Perú y Ecuador, con el objetivo de reducir el impacto de las inundaciones provocadas por la oscilación climática del sur (conocido como el fenómeno "El Niño"). Se utilizaron tres variables técnicas para comparar los efectos de dos revestimientos sobre la erosión de las riberas. Los revestimientos analizados fueron colchones jaula de piedra y geoceldas rellenas de hormigón, mientras que las variables definidas para la comparación fueron la resistencia a la erosión y durabilidad, rugosidad superficial y estabilidad del sistema de protección. Para lograr una comparación objetiva de las variables definidas, se recomienda tomar como ejemplo el proyecto de defensa fluvial del río Zarumilla en Tumbes como marco para evaluar las condiciones de diseño de los recubrimientos.

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15 El proyecto de defensa fluvial se implementó en el marco de la cooperación entre Perú y Ecuador, con el objetivo de reducir el impacto de las inundaciones provocadas por la oscilación climática del sur (conocido como el fenómeno "El Niño"). Se han recopilado los estándares de tamaño para la estructura del revestimiento del colchón de gaviones y la unidad geotécnica con relleno de hormigón utilizado para evitar la erosión de las riberas del río. De esta forma, se han identificado correctamente las variables y se han dimensionado las secciones transversales típicas de los dos recubrimientos utilizando estándares establecidos. Mediante el análisis de resistencia a la erosión variable y durabilidad, se ha determinado que las geoceldas rellenas de hormigón son los recubrimientos más adecuados por su mayor velocidad de resistencia crítica y mejor desempeño de resistencia.

3.1.2. Antecedentes Internacionales

Según (ANGIE CATALINA SUSPES PÁEZ, 2018) En su investigación titulado

“TRAMO DE PRUEBA CON ESTRUCTURA CONVENCIONAL Y LA IMPLEMENTACIÓN DE GEOCELDAS EN LA CL 128A ENTRE TV 60 Y AK 72 BOGOTÁ. Muestra que las 5 secciones se definen como estructuras diferentes, donde I, II y III son diseñadas por UAERMV, y las partes IV y V son diseñadas por el proveedor de geoceldas. Luego de iniciada la actividad de excavación, se realizó la prueba CPD para obtener el CBR, debido a la presencia de individuos arbóreos, este parámetro cambió levemente en el carril izquierdo, invadiendo la vía y afectando la deformación de la vía por la presencia de humedad. La estructura propuesta se modela con el número de capas existente, pero los datos obtenidos no están dentro del rango que representa la capacidad portante de la estructura de pavimento construida, por lo que la estructura se modela en tres capas. En comparación con la

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16 estructura original ensayada por PCD, la estructura que ha obtenido mayores aportes de mejora en la subrasante es la IV de llenado y fresado de geoceldas, que aporta hasta 10 veces el módulo inicial; la menor aportación es la estructura V, porque tiene el más La estructura del buen CBR inicial, la contribución es tres veces la del módulo inicial. Según el rango de valores del parámetro de área, 21-30 es la estructura de la capa de asfalto gruesa, que se refleja en las secciones I, II y III, y 16-21 es la estructura de la capa de asfalto delgada, como las secciones cuatro y cinco. El índice de curvatura superficial más alto del ICS es aquellos con menor capacidad estructural, es decir, la estructura con geoceldas, porque el espesor de la primera parte es de 10 cm y el espesor de la parte de la geocelda es de 7.5 cm. El índice de daño base del BID muestra que el Segmento V El rendimiento es pobre, y el mejor rendimiento es la estructura I, que está 70% -30% mezclada y triturada por una cierta proporción de capa de asfalto, capa base granular y capa subbase. En comparación con las partes IV y V, los números de estructura efectivos (SN eff) de las partes I, II y III tienen mejores capacidades estructurales. La parte más cara es la V, que corresponde a la geocelda rellena con capa base granular, y la parte más económica es la II, que es el método tradicional sin piedra de rajón; comparando las partes IV y V con geoceldas, se puede ver que, Las piezas que se utilizan para el fresado son más económicas. La Sección III tiene el desempeño más alto, seguida de la Sección II, seguida de la Sección I, y el desempeño más bajo es la Unidad Geotécnica Ósea, la Sección IV y la Sección V; esto significa que este personal podrá realizar partes de rutina porque conocen y tienen la experiencia para realizar estas actividades Conocimiento. Las unidades de mantenimiento de carreteras pueden reducir la generación de RCD, utilizando materiales base mezclados con fresado o fresado relleno de geoceldas, porque este material tiene buen desempeño.

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17 Según (RAMÍREZ, 2015) En su investigación “OPTIMIZACIÓN Y REFUERZO DE ESTRUCTURAS DE PAVIMENTO FLEXIBLE MEDIANTE GEOCELDAS”

Muestra que para el diseño del pavimento analizado en este trabajo, al reemplazar la base granular con una base reforzada con geoceldas, el espesor del pavimento se puede reducir en 33 cm y el porcentaje del espesor total se puede reducir en aproximadamente un 28%. Debido a la reducción en la excavación y compactación de materiales granulares, la reducción del espesor de la estructura del pavimento no solo se traduce en menores costos, sino también en tiempos de construcción más cortos. Lo anterior se suma a la fácil instalación de geoceldas. La estructura de pavimento de diseño convencional de 118 cm de espesor se apoyará directamente sobre la capa de limo arenoso detectada desde una profundidad de 0,90 m según el estudio realizado. Del mismo modo, al utilizar una geocelda para reducir el espesor total del pavimento a 85 cm, debe apoyarse en el limo orgánico allí detectado. Sin embargo, es necesario aclarar que incluso si se eliminará la mayoría de los materiales orgánicos, la mejora recomendada de la brecha de 25 cm puede garantizar el buen desempeño del pavimento en cualquier circunstancia, al reemplazar la mayor parte del suelo de soporte con propiedades geomecánicas bajas. Solo cuando se asegure que el material utilizado para rellenarlas sea granular, las geoceldas se comportarán satisfactoriamente, incluso si sus especificaciones son inferiores a las requeridas normalmente por diferentes entidades. Si bien el diseño propuesto en este documento es solo para mostrar la reducción en el espesor de la estructura del pavimento obtenida mediante el uso de geoceldas, se puede encontrar que la importante aplicación de la reducción está restringida por el nivel de construcción o la tubería que solo permite una cierta profundidad de excavación en los siguientes casos.

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18 Según (JUAN DAVID GARZÓN FLORIAN, 2019) En su investigación titulada

“ESTUDIO DE ALTERNATIVA PARA LA ESTABILIDAD DE UN SUELO UTILIZANDO MATERIALES RECICLABLES VS GEOCELDAS CONVENCIONALES” Muestra que Geoceldas es un sistema de restricción celular tridimensional. Al crear suelo artificial, en varios proyectos en el campo vial en Colombia se puede lograr una buena compactación y buen drenaje del terreno, dándole solidez y estabilidad. Este método es acostumbrado Se cambió a una gran roca (rajón), lo que dio lugar a un nuevo método de construcción. En el trabajo actual, podremos demostrar que las geoceldas tradicionales tienen una mayor resistencia al suelo, ya través de las nuevas tecnologías de reciclaje, veremos la diferencia entre el suelo y las geoceldas tradicionales y experimentales y los suelos sin el refuerzo. Esta técnica de construcción se viene dando desde hace algunas décadas y es reconocida cada día entre las grandes empresas y entidades que producen su uso. Con cada nuevo descubrimiento o intervención de prototipos experimentales, su implementación cobrará mayor fuerza, debido a que el mercado se inunda con todo tipo de este tipo de materiales. Como todos sabemos, debido a los altos costos de mercado, estas tecnologías que ayudan a mejorar la resistencia de la carretera no han invertido en estas tecnologías, por lo que es necesario proponer soluciones con materiales sostenibles y de bajo costo. La misma operación es adecuada para mejorar la resistencia del suelo de la diversidad del suelo. En base a los resultados obtenidos en el laboratorio y fechados en este documento, podemos estar seguros de que es mejor utilizar materiales de refuerzo para aumentar el grado de compactación, creando así una mayor resistencia en la capa de suelo, de modo que la capa de asfalto o de cualquier tipo de La superficie de la carretera no se deteriorará rápidamente. De acuerdo con los resultados, podemos estar seguros de que la

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19 geocelda tradicional de syntex Colombia es la geocelda que genera mayor resistencia y convierte la subrasante mala en una subrasante mejor. En resumen, podemos concluir que la geocelda de atún en conserva también produjo una relación de refuerzo más alta que el suelo no reforzado, y estuvo dentro del rango de 1: 2 en la prueba de compresión, respectivamente. En comparación con las geoceldas tradicionales, las geoceldas de tanque de atún se utilizan en una proporción de 1: 2 para mejorar la resistencia del suelo y se producen a un costo de fabricación más bajo. En la prueba de esfuerzo, la tasa de daño de la geocelda de atún en conserva alcanzó el 60% de la de la geocelda tradicional, lo que significa que no solo se puede construir, sino que también contribuye en gran medida a la fuerza axial del piso. A partir de este documento podemos afirmar que es factible construir geoceldas reciclables para los tipos de suelo estudiados, lo cual está en línea con su principal objetivo, que es incrementar la resistencia a la compactación del suelo, generando así una mayor estabilidad.

Según (SALINAS SUÁREZ JOHN EDWARDS., 2019) En su investigación titulada “ESTUDIO COMPARATIVO DE ESTABILIZACIÓN DE SUELOS DE SUBRASANTE (SUELOS EXPANSIVOS), UTILIZANDO CAL, SAL Y GEOCELDAS, PARA IMPLEMENTACIÓN EN UNA NUEVA VÍA EN LA COMUNA BAJADITA DE COLONCHE DE LA PARROQUIA COLONCHE” Demuestra que el estudio se basa en el estudio del suelo hinchado que existe en la comuna de Bajadita de Colonche en el estado de Santa Elena, utilizando tres métodos para estabilizarlo a nivel de subrasante, que incluyen la mezcla de cal y sal y el uso de geoceldas, utilizando estos elementos para comparar cada uno El nivel de resistencia de cada elemento mejora las propiedades geotécnicas del suelo, reduciendo así su potencial de expansión, y

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20 evalúa el costo-beneficio que brinda cada propuesta de estabilización. Para lograr los objetivos planteados, se realizó un tajo abierto para obtener el espesor de los estratos a estudiar, y se realizaron pruebas de laboratorio para analizar y experimentar la combinación propuesta, y luego se aplicó el porcentaje de cada estabilizador. La mezcla se hizo con cal y se usó 3%, 5% y 7%, de la misma manera que tratamos con la sal. Para la implementación de la geocelda, se realizó un levantamiento de campo a pequeña escala utilizando geosintéticos en el sitio de investigación, y luego se verificó la resistencia como material estable. Presenta algunas sugerencias y sugerencias para mejorar el comportamiento de los materiales inflables y se puede utilizar en la construcción en general.

3.2. Bases teóricas

Conferencia de la Asociación de Transporte de Canadá.

Desde 1970 la estabilización con geosintéticos (que son recursos sostenibles) ha sido una técnica utilizada para mejorar el comportamiento de vías pavimentadas y no pavimentadas (Sanat Pokharel, 2010). Un tipo de geosintéticos usado son las geoceldas, un método reciente estudiado durante los últimos 15 años (Ymhaiskar &

Mandal, 1996), que son hechas de polímero en forma de celdas tridimensionales artificiales, dispuestas en forma de panal (Han, 2008). Las geoceldas generan un gran aporte a la subrasante aumentando su capacidad portante, disminuyendo el desplazamiento vertical y minimizando su desplazamiento horizontal (Han, 2008).

Debido a las necesidades de estabilizar los suelos de subrasante se han realizado numerosos estudios para definir la efectividad de las geoceldas bajo carga dinámica y estática (Boushehrian, 2010). La rigidez del suelo estabilizado con geoceldas es mejorada en un factor de 1.5 respecto a un suelo sin estabilizar, reduce la deformación

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21 plástica y aumenta el porcentaje de la deformación elástica bajo cargas repetitivas.

(Sanat Pokharel, 2010)

Geoceldas SA tecnología de confinamiento celular

El cuerpo de ingenieros del ejército de Los Estados Unidos de América desarrolló el primer sistema de confinamiento celular a finales de 1970 como un medio para la construcción de caminos, pistas de aterrizaje, etc., sobre suelos blandos y proveer un sistema que podría no verse afectado por las condiciones de climas húmedos. Ellos determinaron que la colocación de celdas conformadas por paredes delgadas adyacentes llenas de arena sobre una superficie conformada por una subrasante de suelo suelto podía proveer significativamente una mayor capacidad de carga y de apoyo que solamente capas de suelo compactado. (SA, 2014)

De la gran variedad de materiales probados, el Polietileno de alta densidad (PEAD/HDPE) fue el material óptimo para la ejecutar este producto, debido a la combinación de resistencia, vida útil y economía. El sistema de confinamiento celular GEOCELDA se ha producido desde 1990. El primer cliente fue el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América, adquiriendo 6.4 millones de pies cuadrados (600,000 metros cuadrados) de GEOCELDA para su uso en varias aplicaciones militares durante la operación “Desert Storm” o Tormenta del Desierto.

Geo Products fue autorizado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos de América, el titular de la patente (US Pat#4, 797,026), para producir el material de geoceldas hasta 2006 cuando la patente expiro. El número de la Licencia fue 9807–E-P291. El material GEOCELDA fue también aprobado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos de América. (SA, 2014)

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22 Las celdas GEOCELDA tienen un peso muy ligero, son sistemas de confinamiento expansibles que crea una barrera contra la erosión de los suelos o una cimentación estructural, de manera muy económica. (SA, 2014)

Las aplicaciones principales son estabilización de suelos, control de erosión en taludes, canales y muros mecánicamente estabilizados. La planta de fabricación de Geo Products se ubica en Houston Texas, Estados Unidos de América y está acreditada por las certificaciones ISO 9001:2008 y por el Certificado de la Unión Europea CE. También esa certificada por el Ministerio de transporte de la Federación Rusa, así como El Ministerio de Obras Públicas de Panamá (MOP). Adicionalmente, GEOCELDA es un material aprobado para múltiples Departamentos de Transporte dentro de los Estados Unidos de América. Geo Products vende sus productos a través de una red de distribuidores globales en los 7 continentes y cuenta con presencia en 50 países.(SA, 2014)

Estudio del comportamiento de un material de subrasante con un sistema de geoceldas ante la aplicación de ciclos de carga y descarga.

A continuación, describiremos algunas aplicaciones e implementaciones realizadas en la Ciudad de Bogotá con el fin de dar cuerpo y soporte técnico que permita a las entidades responsables de los mantenimientos viales en la ciudad de Bogotá apoyarse para que este tipo de tecnologías sean de uso convencional.

(Javeriana, 2011)

Como hemos explicado notablemente las geoceldas son estructuras tridimensionales dispuestas en forma de panal, utilizadas para mejorar las propiedades de los suelos de fundación de un pavimento, estas se colocan en la interfase subrasante-base para mejorar el comportamiento de este ante la aplicación

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23 de cargas. Se han realizado análisis de los esfuerzos y asentamientos de un suelo típico de Bogotá ante la aplicación de cargas (monotónicas, ciclos de carga y descarga) mediante pruebas de laboratorio. En esos estudios se realizaron modelos, los cuales consistían en una subrasante sin ningún tipo de mejoramiento, una estabilizada con un sistema convencional y una estabilizada con un sistema de geoceldas. En donde a partir de estos modelos se evaluó la efectividad que puede traer utilizar un sistema de geoceldas como alternativa de refuerzo, obteniendo como resultado una reducción significativa de los asentamientos y esfuerzos verticales.

Adicionalmente se realizan ensayos de laboratorio a segmentos de prueba que concluyen lo siguiente:

Es necesario usar un sistema de estabilización para suelos con características desfavorables (CBR< 2,5). Los resultados obtenidos en el trabajo de investigación muestran que utilizar un sistema de geoceldas y un sistema convencional reduce los esfuerzos y asentamientos en una subrasante. Aunque los dos sean un sistema de estabilización que mejora el comportamiento de la subrasante, el sistema de geoceldas con material de relleno reduce estos parámetros en mayor medida.

(Javeriana, 2011)

Los asentamientos presentaron una reducción del 34% al utilizar un sistema de geoceldas respecto a un sistema de estabilización convencional. Por otra parte, los esfuerzos se reducen en un 53% al utilizar un sistema de geoceldas como alternativa de estabilización, respecto a un sistema de estabilización convencional.

(Javeriana, 2011)

Ante la aplicación de ciclos de carga y descarga se evidencia que las deformaciones plásticas son más grandes en un sistema estabilizado de manera convencional y en un sistema sin estabilizar, obteniendo una deformación plástica de

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24 11,7% en un sistema estabilizado con geoceldas, esto es de gran beneficio para el pavimento ya que el suelo tendrá mayor resistencia frente a la aplicación de carga y descarga. (Javeriana, 2011)

Los ciclos de carga y descarga muestran que en un sistema estabilizado con geoceldas, se necesitan más de 5 ciclos de carga dinámica, para llegar a la misma deformación de una subrasante sin estabilizar, cargada estáticamente. (Javeriana, 2011)

Se debe tomar en consideración que el equipo para la aplicación de carga repetida no permite hacer repeticiones continuas, siendo esto un limitante en el desarrollo del proyecto, por otra parte, la caja al no ser una pieza monolítica no tiene la rigidez suficiente para evitar desplazamientos adicionales a los del suelo.

(Javeriana, 2011)

Sistema de geoceldas

Una geocelda es un sistema de confinamiento celular que mejora los módulos de las capas de un pavimento, mediante la inclusión de material granular dentro de sus celdas, reduciendo los espesores de materiales granulares. Esto se da gracias a que se produce un efecto de viga semirrígida distribuyendo las cargas en un área más grande, disminuyendo así los esfuerzos sobre la subbase y la subrasante. (Cuartas, 2015)

En la Figura 1 se ilustra una geocelda individual y en la Figura 2 se observa la forma en la que se dispone un conjunto de geoceldas en una vía, para ser llenadas posteriormente con el material granular que corresponda. (Cuartas, 2015)

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25 Figura 1 Vista de Geocelda convencional

Fuente: Pavco. (2011). Infraestructura vial, concesión vial Devinorte Figura 2 Geoceldas en concesión vial Devinorte

Fuente: Pavco. (2011). Infraestructura vial, concesión vial Devinorte

La investigación y el desarrollo de las geoceldas se iniciaron con el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EEUU en el año 1970 mediante el uso de polietileno de alta densidad (HDPE), con el fin de probar la viabilidad de la construcción de los caminos de acceso táctico a los puentes sobre el suelo blando. Este nuevo sistema

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26 de confinamiento celular fue utilizado posteriormente, a partir del año 1980, en obras civiles para aplicaciones de soporte de cargas temporales o bajas, control de erosión de taludes y revestimiento de canales en los Estados Unidos y Canadá. (Cuartas, 2015)

Posteriormente, alrededor del año 2004 se efectuaron nuevas investigaciones en tecnología de confinamiento celular y se comenzó a fabricar geoceldas con el propósito de usarlas en la construcción de carreteras modernas. Lo anterior requería de una geocelda con la flexibilidad de HDPE, pero con estabilidad dimensional y resistencia a la fluencia del poliéster. Como resultado se obtuvo una nueva generación de geoceldas basadas en una aleación llamada Neoloy. (Cuartas, 2015)

En la Figura 3 se observa una curva de temperatura versus el módulo elástico para el polietileno de alta densidad (HDPE) y el neoloy. (Cuartas, 2015)

Figura 3 Temperatura vs. Módulo elástico

Fuente: PRS. (2010). Neoweb whit neoloy

El neoloy, creado a partir de tiras multicapa de capas de alta durabilidad alrededor de un núcleo de alta resistencia, se ha diseñado específicamente para el refuerzo estructural en aplicaciones exigentes como los de ingeniería de carreteras, muros de retención alta y caminos de servicio pesado, ferrocarriles y puertos El beneficio del uso de las geoceldas en un proyecto vial se fundamenta en la reducción

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27 de las capas granulares del pavimento, debido a que al llenar las celdas con un material de tipo granular, se provee altos módulos elásticos y plásticos, generando un incremento en la relación esfuerzo deformación. (Cuartas, 2015)

A continuación, en la Figura 4, se ilustra una gráfica de esfuerzo – deformación donde se observa el aporte del material granular reforzado con las geoceldas que distribuye actualmente la empresa Pavco. Dichas geoceldas basadas en neoloy se conocen en el mercado como Neoweb. (Cuartas, 2015)

Figura 4 Esfuerzo vs. Deformación

Fuente: Pavco. Manual de diseño con geosintéticos

Un estudio sobre bases granulares reforzadas con geoceldas ha sido llevado a cabo en la Universidad de Kansas, en donde se reportaron los óptimos resultados de las pruebas efectuadas en estos elementos llenos con diferentes materiales de relleno (agregado bien gradado, residuos de cantera y pavimento asfáltico reciclado (RAP)) apoyados sobre subrasantes débiles. (Cuartas, 2015)

Características de La Geocelda

A continuación, se describen los criterios generales del material que conforma las geoceldas. Dichos criterios deberán verificarse en la ficha técnica del producto,

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28 teniendo en cuenta que en caso de no cumplir con los requisitos mínimos exigidos se perdería la validez de la modificación de los diseños con su uso. (Cuartas, 2015)

Comportamiento al esfuerzo y deformación a largo plazo: Se debe realizar un ensayo mediante un ciclo de deformación a largo plazo a través de la inclusión de calor en el material para simular el comportamiento en el tiempo. Lo anterior de acuerdo con la norma ASTM D6652. (Cuartas, 2015)

 Coeficiente de expansión térmica: Se debe efectuar un ensayo de análisis termo mecánico de acuerdo con la norma ASTM E831, considerando como valor límite para las geoceldas 70 a 100 ppm/ºC.

 Comportamiento a temperaturas elevadas: Se deberá efectuar un análisis Dinámico Mecánico (DMA) y se revisó el comportamiento viscoelástico de los polímeros de acuerdo con la norma ASTM E2254, determinando el módulo de elasticidad remanente para diferentes temperaturas de acuerdo con la Tabla.

Tabla 2 Valores mínimos ensayo DMA temperatura

(°C) módulo remanente

(Mpa)

30 750

45 650

60 550

75 300

Fuente: Manual de diseño con geosintéticos. PAVCO

Resistencia a la oxidación: La resistencia a la oxidación se determina mediante el ensayo de Calorimetría Diferencial (DSC) de acuerdo con la norma ASTM D3895 en donde se determina el tiempo de inducción a la oxidación (OIT) que para el polímero que conforma las celdas deberá ser mínimo de 95 minutos. (Cuartas, 2015)

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29 Resistencia a la degradación UV: El comportamiento a los efectos de la radiación UV se mide mediante el ensayo de la norma ASTM 5885, en donde el tiempo hasta que se alcanza un umbral de degradación para un sistema de confinamiento celular es de mínimo 250 minutos. (Cuartas, 2015)

Método de Diseño del Pavimento

La metodología empleada para el diseño de un pavimento con geoceldas se basa en teorías de tipo mecanicista, analizando la estructura en función de los esfuerzos y deformaciones, en donde el beneficio de la geocelda se encuentra definido por el aumento de los módulos de elasticidad. Con este método de diseño se busca definir el máximo valor de deformaciones admisibles para la aplicación de la carga correspondiente a un eje de carga. A nivel de la capa asfáltica, en su fibra inferior, se revisa la deformación a tracción (criterio de deflexión) y a nivel de la subrasante se revisa la deformación vertical (criterio de ahuellamiento). En el diseño, los materiales de las capas del pavimento se consideran homogéneos, isotrópicos y horizontalmente infinitos. Se debe anotar que el diseño con geoceldas se fundamenta en que para el llenado de éstas se debe emplear únicamente material granular como arena, gravas, subbase granular, base granular, RAP, entre otros. (Cuartas, 2015)

Tal como se ha mencionado anteriormente, las geoceldas poseen la capacidad de aumentar el módulo de elasticidad de los materiales, dado el confinamiento de los materiales granulares. La relación entre el módulo de un material granular confinado con las geoceldas y el material no confinado se conoce como MIF (Modulus Improvement Factor) definido con la ecuación. (Cuartas, 2015)

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30 A continuación, se ilustra en la Tabla 1 los valores típicos de MIF, obtenidos en diversos ensayos efectuados a través de diferentes investigaciones en los últimos años para materiales granulares con diferentes módulos, observando que entre menor sea el módulo del material de lleno mayor es el MIF y entre mayor sea el módulo del material de soporte mayor es el MIF. (Cuartas, 2015)

Tabla 3 Valores típicos de MIF capas de

soporte E(Mpa)

MODULO DEL MATERIAL DE LLENO = E(Mpa)

80 110 150 200 300

50 4 3.6 3 2.5 1.8

100 4.2 3.8 3.2 2.8 2

150 4.5 4 3.4 2.9 2.1

200 4.8 4.2 3.6 3.1 2.2

300 5 4.4 3.8 3.3 2.3

De acuerdo con el Manual de Diseño con Geosintéticos de PAVCO, se tiene que las diferentes investigaciones llevadas a cabo permitieron establecer tres zonas de distribución del confinamiento, en donde la zona central tiene un efecto total de confinamiento y en las partes superior e inferior de la geocelda se genera una zona de transición donde el confinamiento es parcial (Cuartas, 2015).

No obstante, para efectos de diseño, la zona parcialmente confinada no se tiene en cuenta y el MIF solo se hace efectivo para la zona totalmente confinada que corresponde a la altura de la geocelda (100 a 150mm) con 2cm adicionales tanto arriba como debajo de ésta como se ilustra en la Figura 5, en donde se observa la distribución del confinamiento en la zona reforzada para la geocelda que distribuye Pavco (Neoweb).

(Cuartas, 2015)

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31 Figura 5 Distribución del confinamiento en la zona reforzada

De acuerdo con todo lo anterior se tiene que a la hora de diseñar un pavimento con geoceldas se deben seguir los mismos lineamientos de un diseño por método mecanicista, pero incluyendo los módulos mejorados. (Cuartas, 2015)

A continuación, se ilustra la ecuación para calcular el módulo modificado para el caso en que el espesor de la zona totalmente confinada sea inferior al espesor total de la capa. (Cuartas, 2015)

Donde,

H1 = Espesor zona totalmente confinada H2 = Espesor de la zona no confinada H = Espesor total de la capa

E = Módulo de elasticidad del material de llenado de la geocelda

Reciclado de llantas

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32 Se estima que en américa latina hay más de 1500 millones de neumáticos desechados; 400 millones de ellos se tiran al año en cementerios o basureros clandestinos, y sólo un 12% forma parte del reciclaje de llantas. Con los correctos procesos, se estima que más de 500 millones de unidades podrían ser reutilizadas, dentro de las cuales se encuentran las llantas Firestone. (Llantrac, 2022)

Uno de los grandes problemas del desecho de llantas, es la quema de las mismas. Los gases producidos en este proceso, son tóxicos y pueden resultar cancerígenos y dañinos para la salud. (Llantrac, 2022)

Figura 6 Descarga de neumáticos para su transformación.

Fuente: SIGNUS

El problema de los neumáticos que se acumulan en vertederos o se queman podría acabarse, un académico de la facultad de Química de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Juventino García Alejandre, ha descubierto un método innovador para el reciclaje de neumáticos usados. La fabricación de neumáticos y las dificultades para hacerlos desaparecer una vez usados, constituye uno de los más graves problemas medioambientales de los últimos años en todo el mundo. Aunque existen maneras de desechar los neumáticos como la quema de estos o la

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33 acumulación en vertederos controlados (quemándolos o almacenándolos), estas no son ni de lejos una solución al problema ambiental que estos producen. La quema para la obtención de energía supone un problema medioambiental enorme, de las 300.000 toneladas de neumáticos usados que se generan en España en un año, el 45% se deposita en vertederos controlados sin tratar, el 15% se deposita después de ser triturado y, el 40% no está controlado. La quema de los neumáticos para la obtención de energía producen impactos muy negativos en el medio ambiente, estos van desde la producción de gases potencialmente nocivos para las personas (dioxinas y furanos), que producen problemas respiratorios y en algunas ocasiones cáncer por la acumulación de estos en los tejidos grasos de las personas, hasta la producción de gases de efecto invernadero, aunque las emisiones de CO2 en la combustión de los neumáticos representa un porcentaje bajo en relación al aportado por la quema de materias primas, como los combustibles fósiles. (Fundación vida sostenible, 2022)

Aunque la reutilización de neumáticos es hasta ahora una de las soluciones más favorables a los problemas causados por estos, no es suficiente para paliar de manera eficaz el problema medioambiental al que nos enfrentamos, de ahí que el nuevo método de reciclaje de neumáticos del investigador Juventino García Alejandre sea uno de los mayores avances hasta la fecha en la lucha contra este grave problema. Por fin los miles de millones de neumáticos que se emplean y se desechan a nivel mundial pueden reciclarse, no solo reutilizarse, esto no solo contribuirá de forma positiva a los vertederos, sino que creará una nueva industria para la fabricación de neumáticos a partir de los reciclados. (Fundación vida sostenible, 2022)

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34 IV. METODOLOGÍA

4.1. Método de la investigación

Según Hernandez Sampieri (2017), el método científico es una herramienta de investigación que permite generar conocimiento objetivo al resolver la veracidad o falsedad de un postulado por medio de la aplicación de una serie de etapas o pasos.

Constituye una forma estructurada y sistemática de afrontar una duda. Su propósito es convertir una verdad subjetiva en objetiva, gracias a que se prueban y comprueban los hechos con la finalidad de mostrar su existencia real.

Por lo descrito en el párrafo anterior el método utilizado en la presente investigación fue el método científico.

4.2. Tipo de investigación

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