Uso y Mejora de Arcillas Expansivas en Terraplenes de Proyectos Viales

Las arcillas expansivas son suelos con alta plasticidad y capacidad de cambio volumétrico en respuesta a variaciones en el contenido de humedad. Este comportamiento puede representar desafíos significativos en la construcción de terraplenes para proyectos viales. Sin embargo, con una comprensión profunda de sus propiedades y la aplicación de técnicas de mejora adecuadas, es posible utilizar estas arcillas de manera eficiente y segura.

¿Es viable utilizar arcillas expansivas en terraplenes?

Sí, es posible aprovechar las arcillas expansivas en la construcción de terraplenes, siempre y cuando se implementen estrategias para mitigar sus efectos negativos. La clave reside en mejorar las propiedades mecánicas y de comportamiento del suelo a través de técnicas de estabilización y un diseño cuidadoso.

Características de las Arcillas Expansivas

Antes de abordar las técnicas de mejora, es fundamental comprender las propiedades intrínsecas de las arcillas expansivas:

• Alta plasticidad: Capacidad para deformarse sin fracturarse.
• Potencial de hinchamiento y contracción: Cambios volumétricos significativos con variaciones en la humedad.
• Sensibilidad al agua: La presencia de agua afecta notablemente su resistencia y estabilidad.

Técnicas de Mejora de Arcillas Expansivas

A continuación, se detallan las estrategias más efectivas para mejorar las arcillas expansivas y hacerlas aptas para su uso en terraplenes.

1. Estabilización Química

a. Estabilización con Cal

La adición de cal al suelo arcilloso provoca reacciones químicas que reducen su plasticidad y potencial de hinchamiento.

• Ventajas:

  • Reduce el contenido de agua libre.
  • Incrementa la resistencia a corto y largo plazo.
  • Mejora la trabajabilidad del suelo.

• Procedimiento:

  • Determinar la cantidad óptima de cal mediante pruebas de laboratorio.
  • Mezclar la cal uniformemente con el suelo.
  • Compactar la mezcla al contenido óptimo de humedad.

b. Estabilización con Cemento

El cemento actúa como agente aglutinante, aumentando la cohesión y resistencia del suelo.

• Ventajas:

  • Aumenta significativamente la capacidad portante.
  • Reduce la permeabilidad y la susceptibilidad al agua.

• Procedimiento:

  • Realizar pruebas para determinar la proporción adecuada de cemento.
  • Mezclar y compactar siguiendo especificaciones técnicas.

2. Mezcla con Materiales Granulares

La incorporación de arenas o gravas mejora la granulometría del suelo, disminuyendo su plasticidad y potencial de expansión.

• Ventajas:

  • Mejora la compactación y densidad del suelo.
  • Reduce el asentamiento diferencial.

• Procedimiento:

  • Seleccionar materiales granulares compatibles.
  • Mezclar en proporciones adecuadas para lograr una curva granulométrica óptima.

3. Compactación Controlada

Una compactación adecuada es crucial para minimizar los cambios volumétricos futuros.

• Estrategias:
  • Compactar en capas delgadas (20-30 cm) para asegurar uniformidad.
  • Controlar el contenido de humedad cercano al óptimo Proctor.
  • Utilizar equipos de compactación adecuados (rodillos vibratorios, pata de cabra).

4. Implementación de Sistemas de Drenaje

El control del agua es esencial para mantener la estabilidad de las arcillas expansivas.

• Sistemas de Drenaje:

  • Drenajes superficiales: Evitan la acumulación de agua en la superficie del terraplén.
  • Drenajes subterráneos: Reducen la elevación del nivel freático y la presión de poros.

• Beneficios:

  • Minimiza el aumento del contenido de humedad.
  • Reduce el potencial de hinchamiento y licuación.

5. Uso de Geosintéticos

Los geosintéticos como geotextiles, geomallas y geomembranas pueden reforzar el terraplén y mejorar su desempeño.

• Funciones:
  • Refuerzo: Aumentan la resistencia y estabilidad del suelo.
  • Separación: Evitan la mezcla de materiales de diferentes granulometrías.
  • Drenaje: Facilitan la evacuación del agua.

6. Control de Vegetación

La presencia de vegetación puede influir en el contenido de humedad del suelo.

• Recomendaciones:
  • Evitar plantas con raíces profundas cerca del terraplén.
  • Implementar coberturas vegetales con raíces superficiales para controlar la erosión sin afectar la humedad del suelo.

Principios Básicos Fundamentales

Para garantizar el éxito en la utilización de arcillas expansivas en terraplenes, es vital fundamentarse en principios geotécnicos sólidos:

• Caracterización del Suelo:

  • Realizar análisis granulométricos, límites de Atterberg y pruebas de hinchamiento.
  • Determinar parámetros de resistencia y compresibilidad.

• Diseño Geotécnico:

  • Establecer parámetros de diseño basados en condiciones específicas del sitio.
  • Considerar factores de seguridad adecuados.

• Monitoreo y Control de Calidad:

  • Supervisar la implementación de las técnicas de mejora.
  • Realizar pruebas in situ para verificar la compactación y contenido de humedad.

Conclusiones

El aprovechamiento de arcillas expansivas en terraplenes de proyectos viales es factible mediante la aplicación de técnicas de mejora y un diseño cuidadoso. La estabilización química, la mezcla con materiales granulares, la compactación controlada, la implementación de sistemas de drenaje, el uso de geosintéticos y el control de la vegetación son estrategias clave para mitigar los desafíos asociados.

Es indispensable una evaluación geotécnica detallada y fundamentarse en principios básicos de mecánica de suelos para garantizar la estabilidad y durabilidad del terraplén. Con una gestión adecuada, las arcillas expansivas pueden transformarse de un obstáculo a un recurso valioso en la construcción vial.