Estabilización de suelos arcillosos con cal
Uno de los retos geotécnicos que tenemos aquí en Tijuana, Baja California, es la presencia de suelos finos arcillosos en los estratos superficiales de las áreas de construcción de pavimento nuevo, ya sea para una carretera, estacionamiento o patio de carga, que son los requerimientos típicos de nuestros clientes.
Si bien la experiencia por años en la ciudad descarta la presencia de arcillas expansivas, dispersivas o suelos colapsables, estos suelos arcillosos tienen la propiedad de que su resistencia mecánica se ve reducida de forma importante con la hidratación.
Es tan severo este comportamiento que la práctica de construcción común en la ciudad es desechar estos suelos, que se encuentran regularmente en estratos superficiales relativamente delgados.
En conjunto con nuestros clientes, en COMPAVSA estilamos no desechar el suelo arcilloso cuando lo encontramos, sino estabilizarlo con algún agente para utilizarlo y ahorrar el transporte del material a un sitio de disposición, y la sustitución por material de suelo de mejor calidad.
A continuación, y empleando una reciente experiencia de estabilización de una arcilla CH para la subrasante de un patio de unos 12,000 m2, vamos a describir los pasos que utilizamos para estabilizar suelos arcillosos con cal, con la confianza de que te serán de utilidad, amigo lector.
Diagnóstico y dosificación
Lo primero es determinar si el suelo es susceptible a la estabilización con cal, y si lo es, determinar cuál es la proporción de cal en peso, o dosificación, que se empleará para lograr la pretendida estabilización.
Las arcillas son ciertamente suelos susceptibles a la estabilización con cal tanto por su granulometría (P200 mayor que 25 %), como su elevada plasticidad.
Por otro lado, la literatura (Castañeda Garay, J., 2022) cita dos métodos para establecer la dosificación de cal, el de Eades y Grim, y el del gráfico AASHTO, siendo este último que utilizamos en COMPAVSA por ser el más práctico, ya que depende del tamaño de partícula y la plasticidad del suelo.
Referencia de laboratorio
Como hemos relatado en artículos anteriores en este blog, en COMPAVSA utilizamos el deflectómetro de impacto liviano (LWD) para medir la calidad de las capas de suelo compactadas, bajo la guía de la norma mexicana SCT M·MMP·1·16/20 que establece los procedimientos tanto de fijar la referencia de laboratorio, como de los ensayos en campo.
En el caso del LWD, la referencia es el módulo de Elasticidad de laboratorio asociado a la densidad seca máxima del suelo, por cuanto el grado de compactación se obtiene dividiendo el módulo de campo por dicho valor de módulo, expresado en porcentaje.
Método constructivo: cálculo de la cantidad de cal
Una vez que se tiene la dosificación de cal obtenida en laboratorio se puede estimar la cantidad de cal necesaria, multiplicando la dosificación en decimal por el peso volumétrico suelto del material de suelo, y luego por el volumen a tratar (área por espesor), y por el factor de abundamiento (o esponjamiento).
Con esto ya se puede pasar a ordenar la cantidad de cal.
Método constructivo: dosificación en campo y homogeneización
Una vez que se cuenta con los sacos de cal—llamado técnicamente hidróxido de calcio—en sitio (podría usarse también la variante de cal a granel) se apila el material a tratar en camellones y luego se vierte sobre ellos la masa de cal calculada en el inciso anterior.
Se adiciona agua con la pipa y se mezcla la cal con el material de suelo usando la motoniveladora hasta homogeneizar.
Método constructivo: humectación y maduración
El material así homogeneizado se deja curando toda la noche con la finalidad de que la reacción química de estabilización de la cal con el suelo y su agua vaya haciendo su efecto.
Método constructivo: tendido y compactado
Luego del curado se tiende el material en capas en el área a tratar. Esto puede involucrar una humectación adicional para favorecer la reacción química de estabilización del suelo. Por ser un suelo arcilloso, los compactadores que se usan son los de rodillo pata de cabra, aunque también se puede tener el concurso de rodillos lisos en suelos mixtos (granulares y arcillosos).
Método constructivo: control de compactación
El control de calidad de compactación de las capas de suelo estabilizado es un componente esencial del proceso constructivo.
En COMPAVSA empleamos la metodología estadística recomendada por las normas de la Secretaría mexicana de Comunicaciones y Transportes, tanto para el muestreo aleatorio, como para la inferencia de calidad dentro del lote, y la evaluación de la calidad de lote a lote.
Si buscas en nuestro blog encontrarás artículos donde relatamos este procedimiento de forma explícita, de forma que puedas repetirlo en tu trabajo, si así lo consideras.
El deflectómetro de impacto ligero (LWD, por sus siglas en inglés) es el equipo más recomendado para asegurar la calidad de capas compactadas de suelo estabilizado con agentes químicos como la cal o el cemento, porque al contrario de los densímetros, el LWD puede dar cuenta del incremento de la resistencia del suelo con la edad, y con una precisión adecuada para aplicaciones de ingeniería.
Puedes revisar también nuestro blog para ver artículos sobre el uso del LWD.
Método constructivo: afine
Una vez liberada la capa por control de calidad del material, entonces se procede al control de calidad topográfico. La cuadrilla de topografía revisa con estación total que hayan alcanzado los niveles del proyecto, y donde haya que hacer alguna corrección se dejan marcas sobre el terreno para que la motoniveladora trabaje para dejar el nivel final.
Y así llegamos el final de este nuevo artículo para el blog, confiando en que pueda serte de utilidad, amigo lector. Recuerda compartirlo con colegas también interesados en la construcción de carreteras y rellenos estructurales.
Artículo por: Freddy Sánchez-Leal trabaja con COMPAVSA; Maestro en ingeniería civil por la UNAM, consultor geotécnico e investigador especializado en geomateriales para carreteras