SUELOS ECUATORIALES 51 (1 y 2):68-76 ISSN 0562-5351 e-ISSN 2665-6558

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Sociedad Colombiana

de la Ciencia del Suelo
DOI: 10.47864/SE(51)2021p68-76_127

INCREMENTO DEL VALOR DE SOPORTE DEL SUELO ADICIONANDO

ECO ESTABILIZANTE A PARTIR DE CENIZAS CASCARILLA DE CAFÉ
ARÁBICA
Purificación Lisbet Olano1 , Marín Bardales Noé Humberto2, Benites Chero Julio César3

1
Estudiante de Ingeniería Civil. RESUMEN
Universidad César Vallejo
Los suelos cohesivos presentes en las trochas carrozables representan un
operezpl@ucvvirtual.edu.pe problema importante, porque causan agrietamientos, fallas, inestabilidad,
Orcid 0000-0002-0133-0832 trayendo consigo gastos habituales en su mejoramiento, por ello se debe
2
Magister en Ingeniería Civil brindar una estabilización a esos suelos. La presente investigación tiene
con mención en estructuras,
como objetivo de estudio, descubrir la dosificación para la estabilización
Universidad César Vallejo
de suelos cohesivos con la incorporación del eco estabilizante a partir de
Orcid 0000-0003-3423-1731
3
Magister en Ingeniería Civil
cenizas de cascarilla de café arábica (CCCA), donde el caso de estudio fue
con mención en gestión pública, el suelo de la carretera las Guineas a Mañumal, Utcubamba. Esta
Universidad César Vallejo investigación siguió el diseño experimental – cuantitativo, la técnica
Orcid 0000-0002-6482-0505 utilizada es la observación y la ficha de recolección de datos. Los
resultados indican que este suelo es de resistencia baja de 4.7% con un
PALABRAS CLAVES: CBR al 95%; el eco estabilizante tiene partículas gruesas, se incorporó el
Estabilización, suelos 10%, 15%, 20% y 25% de CCCA; la resistencia del suelo con eco
cohesivos, eco estabilizante, estabilizante mejora de manera considerable y que con la dosificación del
propiedades, dosificación. 15% se obtiene mejores resultados en todas las calitas, ya que con
dosificaciones no mejora la resistencia en todas las muestras. Concluyendo
que la dosificación ideal en con la incorporación del 15% de CCCA del
peso de la muestra.

INCREASE OF THE SOIL SUPPORT VALUE ADDING ECO STABILIZER FROM ASHES,
ARABIC COFFEE SHELL

KEY WORDS: ABSTRACT

stabilization, cohesive soils,
eco stabilizer, dosage, The cohesive soils present in the carriage trails represent an important problem,
properties. because they cause cracks, failures, instability, bringing with them habitual
expenses in their improvement, for that reason a stabilization must be provided to
these soils. The objective of this research study is to discover the dosage for the
stabilization of cohesive soils with the incorporation of stabilizing eco from
Arabica coffee husk ash (CCCA), where the case study was the soil of the Guineas
highway. to Manumal, Utcubamba. This research followed the experimental -
quantitative design, the technique used is observation and the data collection sheet.
The results indicate that this soil has a low resistance of 4.7% with a CBR of 95%;
the stabilizing echo has coarse particles, 10%, 15%, 20% and 25% of CCCA were
incorporated; the resistance of the soil with stabilizing echo improves considerably
and that with the dosage of 15% better results are obtained in all the coves, since
with dosages the resistance does not improve in all the samples. Concluding that
the ideal dosage in with the incorporation of 15% of CCCA of the weight of the sample.
Rec.: 03/08/2021
Acep.: 02/10/2021
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INTRODUCCIÓN Como parte de la formulación del problema

se planteó la pregunta: ¿Cuál es el
Las trochas carrozables por lo general incremento del valor soporte del suelo
presentan resistencias muy bajas, por su adicionando eco estabilizante a partir de
suelo cohesivo. Indonesia está marcada por cenizas de cascarilla de café arábica (CCCA)
dos estaciones extremistas, de lluvia y en la estabilización de suelos cohesivos?
sequía, donde el fallo de las estructuras es Cuya hipótesis tenemos: incrementara el
inevitable, ya que los suelos cohesivos valor soporte de suelo adicionando eco
presentan cambios volumétricos (Zaika & estabilizante a partir de (CCCA) en la
Suryo 2020, p.172). El clima afecta, de tal estabilización de suelos cohesivos.
manera que cada vez sus propiedades se
vuelven débiles (Arpitha et al. 2019, Esta investigación es importante porque opta
p.6728). por utilizar un eco estabilizante,
contribuyendo al aumento de su resistencia,
Las variaciones en estructuras civiles, son reducción costos de mantenimiento,
producto de la contracción y expansión del acortando los tiempos de traslado en
suelo. Este, no tiene estabilidad originando cualquier temporada, forjando una mejor
hundimientos, desmoronamientos en las economía y calidad de vida para los
carreteras (Jijo 2020, p.396). Por eso es lugareños.
conocido como el “cáncer de la ingeniería”,
trayendo problemas a las trochas carrozables El objetivo principal del estudio consiste en
y pistas (Liu et al. 2019, p.1). Los deterioros descubrir la dosificación para la
producidos por este tipo de suelos, son más estabilización de suelos cohesivos con la
del doble que el de las inundaciones, incorporación del eco estabilizante a partir
huracanes, tornados y terremotos, juntos de CCCA, en la carretera Guineas a
(Hussain 2019, p.251). Mañumal. Por ello, se procedió a describir
las propiedades geotécnicas y mecánicas del
En nuestro país, (Martínez 2019) menciona suelo cohesivo; identificar las características
que estos suelos tienen baja capacidad de físicas de la CCCA para su incorporación
soporte, alto índice de plasticidad, niveles con diferentes porcentajes; examinar las
elevados de permeabilidad, provocando propiedades de resistencia del suelo
cambios en su estado (p.14). La inestabilidad cohesivo con la incorporación de CCCA y
de las trochas, afecta a los transportistas, descubrir la dosificación para la
pobladores y medio ambiente, ya que estabilización del suelo cohesivo.
requieren periódicamente de mantenimiento,
reparación, generando gastos económicos y MATERIALES Y MÉTODOS
una contaminación habitual (Chinchay 2018,
p.13). Se propone como alternativa de eco La metodología que se empleó en esta
estabilizante a las cenizas de cascarilla de investigación fue aplicada ya que se propone
café arábica, la cascarilla o pergamino de una alternativa para la estabilización de
café es la que envuelve al grano, y suelos cohesivos, dando así una solución a
representa un 12% del grano de café. un problema común en las trochas
Constituye una fuente rica en celulosa, carrozables.
lignina, pentosanos, sílice, cenizas, etc.
(Manals et al. 2018, p.171), tiene El diseño de la investigación fue
propiedades cementantes. experimental – cuantitativo, en el cual
recoge y examina datos para responder
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cuestiones de investigaciones y comprobar la recolectaremos los datos obtenidos en los

hipótesis. ensayos de mecánica de suelos realizados en
laboratorio, para luego compararlos y optar
El método que se utilizó fue experimental, por la mejor dosificación.
debido a que se coloca el 10%, 15%, 20% y
25% de CCCA en el suelo cohesivo, y de Los instrumentos utilizados, están referidos
determinaran sus propiedades físicas y al equipamiento que conforman los ensayos
mecánicas a través de ensayos de de laboratorio.
laboratorio.
El procedimiento realizado fue: extracción
Población: conformado por los estratos del del suelo in-situ mediante calicatas, estas
suelo de la carretera Las Guineas a Mañumal muestras fueron correctamente recolectadas
km. 0+000 al km. 7+500, Bagua Grande, para ser llevadas a laboratorio dónde se
Utcubamba, Amazonas, Perú. determinaran las propiedades y
características con las que cuenta la muestra
Muestra de estudio: extracción de muestras en estudio, se utilizó la CCCA para
representativas del suelo cohesivo de la estabilizar el suelo cohesivo, el cual
carretera Las Guineas a Mañumal km.0+000 evaluaremos de forma técnica al comparar el
al km.7+500, bajo las consideraciones aumento de las propiedades de resistencia
técnicas de la normativa ministerio de del suelo cohesivo al adicionarle este residuo
transportes y comunicaciones (MTC) la cual en 10%, 15%, 20% y 25%, proponiendo así
dice que se debe realizar una calicata a cada una dosificación ideal donde incremente de
1km en trochas carrozables con un índice manera notable sus propiedades de
medio diario anual (IMDA) menor o igual a resistencia y durabilidad.
200 vehículos por día (Ministerio de
Transportes y Comunicaciones 2013, p.31); RESULTADOS
sin embargo bajo los criterios de nosotros
(los investigadores) se ha realizado una Respecto a identificar las propiedades
calicata cada 500m. geotécnicas y mecánicas del suelo cohesivo
natural, se encontró cuatro tipos de suelos
El muestreo: no probabilístico, por según la clasificación U.S. Soil Taxonomy,
conveniencia el investigador propone la donde el predominante con 6 calicatas es la
selección de la muestra de acuerdo a arena francosa, franco arenoso, arcilla y
criterios que el argumenta (Hernández 2014, arcilla arenosa. Referente a este resultado,
p.189). (Mena & Mesena (2020) en su investigación
determinó un suelo arcilloso (p.2978).
Las técnicas utilizadas para esta También (Nandan 2020) en su trabajo
investigación es la observación debido a que encontró un suelo arcilloso (p.538). Estas
se examina las características que tiene el investigaciones concuerdan parcialmente
suelo en estado natural y el aumento de sus con esta investigación, ya que encontramos
propiedades al adicionar el eco estabilizante, suelos finos, como son las arcillas.
la ficha de recolección de datos ya que

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Así mismo, en la Figura 1 muestra los datos 8) (p.50). Luego los estudiosos, (Hasan et al.
de la resistencia del suelo a través del ensayo 2016) en su exploración determinaron que el
de CBR al 95%y 100%, dando como suelo en estudio es expansivo crítico y
resultado que el suelo presenta una cuenta con un CBR de 7.1% (p.1373). Estas
resistencia muy baja, ya que los valores investigaciones mencionadas guardan cierta
oscilan entre 4.7% - 14.5%. Respecto a este relación con este trabajo, ya que ambos
resultado (Barragán & Cuervo 2019) en su presentan resistencias, que están dentro de
trabajo ejecutaron diversos ensayos, para los rangos que se ha encontrado y que
conocer que el suelo tiene un valor de 1% de además necesitan ser mejoradas.
CBR al 95% y 1.6% de CBR al 100% (tabla

Figura 1. Las Guineas - Mañumal, CBR al 95% y 100%, según calicatas y porcentaje de CBR, marzo 2021.

Fuente: Elaboración propia.

Sobre identificar las características físicas de 2017) en su tabla 2, tienen como resultado
la CCCA para su incorporación con que tanto las cenizas de cascarilla de arroz y
diferentes porcentajes, tiene partículas de bagazo de caña, no poseen plasticidad, su
gruesas, un contenido de humedad de 3.7% y óptimo contenido de humedad oscila entre
un peso específico de 1.079gr/cc. Los 45.3% y 45.60%, y su densidad seca máxima
investigadores (Hernández & Herrera 2019) entre 1.16 gr/cm³ y 1.18 gr/cm³ (p.256). Esta
en su tabla 20, nos indica que la ceniza de investigación no tiene relación con este
cascarilla de café posee en su mayoría trabajo, en cuanto a los ensayos realizados
partículas gruesas puesto que más del 50% en laboratorio, porque, solo cuento con los
de sus partículas tienen un diámetro mayor datos de granulometría, contenido de
de 0.075mm, no posee plasticidad y su humedad y peso específico.
gravedad específica es de 2.95 (p.20), Y para la aplicación de porcentajes
concuerda de cierta manera con esta de CCCA nos inclinamos por el 10%, 15%,
investigación, ya que menciona que es de 20% y 25%, frente a este resultado (Melat
partículas gruesas, sin embargo, no 2016) en su investigación cuenta con dos
concuerda con el contenido de humedad y tipos de cenizas, una de bagazo de caña y la
peso específico. Además, (Yavad et al. otra de madera; donde tiene por objetivo

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evaluar cuál de los estabilizantes da mejores ensayo de CBR al suelo con cada porcentaje
resultados, por ello, aplica 3%, 5%, 7% y indicado, en la tabla 27, se tiene 2.45%, 4%
10% para la ceniza de bagazo de caña, en y 7.3% de CBR respectivamente de
cambio para la ceniza de madera aplica 5%, incorporación de ceniza de café, tiende a
10%, 15% y 20% (p. 2). Por otra parte, aumentar la resistencia mientras más
(Kharade et al. 2020) en su artículo porcentaje se incorpore, mejorando de esta
científico aplica 3%, 6%, 9% y 12% de manera el suelo (p.64). Dicho trabajo guarda
ceniza de bagazo de caña, ya que cuenta con cierta relación con nuestra investigación, ya
un suelo de algodón negro, este se que ha realizado los ensayos respectivos, de
caracteriza por sus minerales arcillosos acuerdo a diversos porcentajes de ceniza de
(511). Estas dos investigaciones expuestas, café, con respecto al CBR, en la Figura 2
concuerdan con la metodología de mi muestra que en la mayoría de calicatas
investigación debido a que proponen aumenta el porcentaje de CBR mientas más
diferentes porcentajes de aplicación de contenido de ceniza de café tenga, por
cenizas, sin embargo, con la investigación de ejemplo, la calita 12, tiene un CBR al 95%
Meelat no coincide, ya que aplica cenizas de de 8.5%, 10.10%, 11.4% y 11.90%
madera, y esta no es un residuo industrial, ni respectivamente, no obstante, esto no sucede
un producto agrícola. con todas las calicatas. También, (Espinoza
Respecto a examinar las propiedades & Velásquez 2018) incorporaron cenizas de
de resistencia del suelo cohesivo con la caña de azúcar, donde el CBR (Tabla 18),
incorporación de CCCA, la Figura 2 muestra sucede lo mismo, ya que, con el 10% tiene
el aumento de las propiedades de resistencia un valor de CBR al 95% de 11.56%, con el
de CBR al 95% de suelo al adicionales los 20% tiene un valor de 15.18% y con el 30%
diferentes porcentajes de CCCA respecto al tiene un valor de 10.42%, la incorporación
suelo natural, al incorporarle 10% y 15% hasta el 20% según este estudio da
aumenta sus valores en todas las muestras, resultados favorables, ya que aumenta la
con el 20% y 25% algunas calicatas resistencia (p.74). La investigación expuesta
disminuyen su resistencia. Ante esto guarda relación con mi trabajo, ya que
(Hernández & Herrera 2019), incorporaron muchas calicatas no guardan la relación de:
4%, 6% y 8% de este aditivo, realizaron el mientras más aglomerante mayor resistencia

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Figura 2. Las Guineas - Mañumal, CBR al 95% con la incorporación de 10%, 15%, 20% y 25%, según calicatas y porcentaje de CBR,
marzo 2021.
Fuente: Elaboración propia.

Por último, sobre descubrir la dosificación relación con esta investigación, ya que, no se
para la estabilización del suelo cohesivo, en obtiene el mismo porcentaje óptimo, los
la Figura 3, mediante los resultados de CBR mejores resultados en cuanto a resistencia
al 95% y 100%, se obtiene mejores valores son con la dosificación de 15% esto lo
de resistencia con la incorporación de 15% muestro en la Figura 3, significando un
CCCA, de manera constante, es decir en aporte ecológico y un mejoramiento de
todas las muestras se tiene una mejora de la trochas carrozables.
resistencia del suelo. Frente a estos En cambio, (Terrones 2018) en su
resultados (Maldonado & Sarrin 2018), en su investigación, adhiere el 5%, 10% y 15% de
tesis, usa el 5%, 10% y 15% de ceniza de bagazo de caña de azúcar para
incorporación de ceniza de cáscara de arroz, estabilizar el suelo arcilloso – limoso, donde
donde los mejores resultados en cuanto a el 15% da mejores resultados teniendo un
resistencia fueron obtenidos por la CBR mayores del 20% (p.109). Con nuestro
dosificación de 10% de ceniza de cáscara de trabajo de investigación concuerda, ya que
arroz, ya que aumenta se obtiene un valor de con el mismo porcentaje de dosificación se
CBR máximo de 15.20% (Grafico N°09), logra los mejores resultados de resistencia.
estabilizando el suelo (p.51). La
investigación sustentada, no guardan

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Figura 3. Las Guineas – Mañumal, Consolidado de Porcentajes de CBR 95% y 100%, según la mejor dosificación de incorporación de cenizas de
cascarilla de café arábica (15%), marzo 2021.
Fuente: Elaboración propia.

CONCLUSIONES no va a tener un impacto negativo en los

cambios volumétricos del suelo al momento
Se concluye, con respecto a las propiedades de adherirlo y su peso específico es 1.079
mecánicas de suelo cohesivo, que es gr/cc. Contando con una incorporación de
inestable por los cambios volumétricos 10%, 15%, 20% y 25%.
causados por la presencia de agua y este
corresponde a un suelo de grano fino como Al examinar los resultados de CBR al 95%,
son: arena francosa, franco arenoso, arcillas se determinó que en la mayoría de calicatas
y arcilla arenosa; además que tiene un CBR la resistencia mejora consecuentemente de
de 4.7%, considerado como deficiente para 17.40%, 19.7%, 20.8% y 27.40%, de
la ingeniería, según el MTC si su valor de acuerdo a las diferentes dosificaciones 10%,
CBR ≤ 6% este requiriere de una 15%, 20% y 25% respectivamente.
estabilización. Se descubrió que la dosificación ideal es de
Sobre identificar las características físicas de 15% de incorporación de ceniza de cascarilla
la CCCA para su incorporación con de café arábica, la cual logra estabilizar el
diferentes porcentajes, se concluye, que su suelo cohesivo, con un valor de 19.70% de
contenido de humedad es de 3.7%, por ello CBR al 95% y con 27% de CBR al 100%.

AGRADECIMIENTO
REFERENCIAS
En primer lugar, agradecer a Dios por
brindarnos sabiduría para poder realizar esta Arpitha et al. (2019).
investigación, a la Universidad Cesar EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON
Vallejo, a su laboratorio por haber permitido EXPANSIVE SOIL STABILIZED USING
que se realicen los respectivos estudios de BAGASSE ASH. International Journal of
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