Revisión y Análisis del Método INVIAS 2013 Para el Mejoramiento de Arcillas Expansivas con Cal | Review and Analysis of the INVIAS 2013 Method for the Improvement of Expansive Clays with Lime

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Los suelos arcillosos expansivos en Colombia se caracterizan por su elevada plasticidad y cambios volumétricos significativos debido a las variaciones en la humedad del ambiente, lo que genera daños en infraestructuras como muros, puentes, pavimentos y cimentaciones. Según la normativa del Instituto Nacional de Vías (INVIAS), se recomienda la estabilización química a través del uso de cal para mejorar las propiedades plásticas y geomecánicas de estos suelos de manera segura y económica. No obstante, esta propuesta enfrenta desafíos, tales como la diversidad geológica regional, las condiciones climáticas cambiantes y los rígidos protocolos de dosificación que a menudo no toman en cuenta las características locales. El análisis crítico de esta normativa evidencia la necesidad de adaptar las directrices a variables como el tipo de arcilla, su composición química y mineralógica, factores climáticos cada vez más extremos y diferentes tipos de condiciones, equipos y reactivos. Además, de subrayar la importancia de fortalecer la colaboración entre el entorno académico y el sector práctico: la academia aporta innovaciones técnicas y análisis de riesgos, mientras que el sector práctico brinda experiencia real para ajustar los métodos a necesidades concretas, realistas y locales. Finalmente, el presente estudio concluye enfatizando la necesidad de un enfoque integrador que combine el saber técnico con la práctica, garantizando soluciones efectivas a los desafíos geotécnicos actuales del país.

Expansive clayey soils in Colombia are characterized by their high plasticity and significant volumetric changes due to variations in the humidity of the environment, which causes damage to infrastructure such as walls, bridges, pavements and foundations. According to the regulations of the National Roads Institute (INVIAS), chemical stabilization through the use of lime is recommended to improve the plastic and geomechanical properties of these soils in a safe and economical manner. However, this proposal faces challenges, such as regional geological diversity, changing climatic conditions and rigid dosage protocols that often do not take into account local characteristics. The critical analysis of these regulations highlights the need to adapt the guidelines to variables such as the type of clay, its chemical and mineralogical composition, increasingly extreme climatic factors and different types of conditions, equipment and reagents. It also underlines the importance of strengthening the collaboration between academia and the practical sector: academia provides technical innovations and risk analysis, while the practical sector provides real experience to adjust methods to concrete, realistic and local needs. Finally, this study concludes by emphasizing the need for an integrative approach that combines technical knowledge with practice, ensuring effective solutions to the country's current geotechnical challenges.

Especialización

Especialista en Geotecnia Ambiental

Universidad de Santander

Introducción .................................................................................................................................. 19 Objetivos ....................................................................................................................................... 21 Objetivo General ........................................................................................................................... 21 Objetivos Específicos.................................................................................................................... 21 Marco Teórico ............................................................................................................................... 23 Fundamentos de la Estabilización con cal .................................................................................... 23 Beneficios de la Estabilización con cal ......................................................................................... 23 Reducción de la Plasticidad .......................................................................................................... 23 Mejora de la Capacidad de Soporte .............................................................................................. 23 Durabilidad ................................................................................................................................... 24 Parámetros Clave en la Estabilización .......................................................................................... 24 Contenido Óptimo de cal .............................................................................................................. 24 Tiempo de Curado......................................................................................................................... 24 Condiciones Ambientales ............................................................................................................. 24 Marco Referencial ......................................................................................................................... 25 Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua (UNAN) ............................................................ 25 Estabilización de Suelos Cohesivos por Medio de cal en las Vías de la Comunidad de San Isidro del Pegón, Municipio Potosí-Rivas............................................................................................... 25 Universidad Industrial de Santander (UIS) ................................................................................... 25 Estudio de la Durabilidad en la Estabilización de Suelos Arcillosos con cal ............................... 25 Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC) ..................................................................... 26 MEJORAMIENTO DE ARCILLAS CON CAL 9 Estabilización Química de Suelos Arcillosos con cal Para su uso Como Subrasante en Vías Terrestres de la Localidad de Villa Rica ....................................................................................... 26 Universidad Católica de Colombia ............................................................................................... 26 Estabilización de un Suelo con cal y Ceniza Volante ................................................................... 26 Universidad de Santander (UDES) ............................................................................................... 27 Estudio de la cal y el Cloruro de Sodio Como Agentes Estabilizadores de Suelos Arcillosos en Propiedades Como la Resistencia y Expansividad ....................................................................... 27 Marco Legal .................................................................................................................................. 28 Metodología .................................................................................................................................. 29 Revisión Normativa del Método ................................................................................................... 29 Recopilación de la Normativa ....................................................................................................... 29 Lectura Detallada .......................................................................................................................... 30 Análisis Descriptivo del Método .................................................................................................. 30 Descripción de Procedimientos..................................................................................................... 30 Interpretación de Parámetros ........................................................................................................ 30 Análisis Crítico del Método .......................................................................................................... 30 Identificación de Posibles Ventajas .............................................................................................. 30 Estandarización. ............................................................................................................................ 30 Simplicidad en la Medición. ......................................................................................................... 30 Claridad en los Procedimientos. ................................................................................................... 30 Identificación de Posibles Limitaciones ....................................................................................... 31 Variabilidad de los Suelos y el Clima Local. ................................................................................ 31 Reactividad Potencial Confiable. .................................................................................................. 31 MEJORAMIENTO DE ARCILLAS CON CAL 10 Sensibilidad del Equipo y Condiciones del Ensayo. ..................................................................... 31 Propuestas de Optimización Para el Método ................................................................................ 31 Evaluación Integral del Suelo y del Entorno ................................................................................ 31 Ensayos Complementarios de Resistencia y Durabilidad ............................................................. 32 Ajustes de Dosificación y Umbral de pH ..................................................................................... 32 Correcciones por Variación de Equipos y Condiciones Ambientales .......................................... 32 Integración de la Investigación y la Práctica Profesional ............................................................. 33 Síntesis de Resultados del Método ............................................................................................... 33 Discusión de Resultados del Método ............................................................................................ 33 Revisión Normativa del Método ................................................................................................... 34 Ensayo 1 (INV E–122–13)............................................................................................................ 34 Ensayo 2 (INV E–123–13)............................................................................................................ 35 Ensayo 3 (INV E–125–13)............................................................................................................ 36 Ensayo 4 (INV E–126–13)............................................................................................................ 37 Ensayo 5 (INV E–127–13)............................................................................................................ 39 Ensayo 6 (INV E–141–13)............................................................................................................ 40 Ensayo 7 (INV E–601–13)............................................................................................................ 41 Ensayo 8 (INV E–603–13)............................................................................................................ 43 Ensayo 9 (INV E–604–13)............................................................................................................ 44 Ensayo 10 (INV E–605–13).......................................................................................................... 46 Ensayo 11 (INV E–607–13).......................................................................................................... 47 Análisis Descriptivo del Método .................................................................................................. 50 Descripción de Procedimientos..................................................................................................... 50 MEJORAMIENTO DE ARCILLAS CON CAL 11 Preparación de la Muestra ............................................................................................................. 50 Formulación de Mezclas de Suelo-Cal ......................................................................................... 50 Proceso de Agitación .................................................................................................................... 51 Determinación del pH ................................................................................................................... 51 Interpretación de Parámetros ........................................................................................................ 51 Umbral de pH ................................................................................................................................ 51 Relación con la cal Libre .............................................................................................................. 52 Evaluación Comparativa de Mezclas ............................................................................................ 52 Análisis Crítico del Método .......................................................................................................... 54 Ventajas Identificadas ................................................................................................................... 54 Estandarización ............................................................................................................................. 54 Simplicidad en la Medición .......................................................................................................... 54 Claridad en los Procedimientos .................................................................................................... 54 Limitaciones Detectadas ............................................................................................................... 55 Variabilidad de los Suelos y el Clima Local ................................................................................. 55 Reactividad Potencial Confiable ................................................................................................... 55 Sensibilidad del Equipo y Condiciones del Ensayo ...................................................................... 56 Propuestas de Optimización Para el Método ................................................................................ 57 Evaluación Integral del Suelo y del Entorno ................................................................................ 57 Caracterización Mineralógica y Química ..................................................................................... 57 Condiciones Ambientales y Hídricas ............................................................................................ 57 Ensayos Complementarios de Resistencia y Durabilidad ............................................................. 58 Ensayos de Resistencia y Comportamiento Mecánico ................................................................. 58 MEJORAMIENTO DE ARCILLAS CON CAL 12 Ensayo de Corte Directo Consolidado Drenado. .......................................................................... 58 Ensayo de Modulo Resiliente. ...................................................................................................... 58 Ensayo Triaxial. . .......................................................................................................................... 58 Ensayo de Consolidación. ............................................................................................................. 58 Ensayo de Permeabilidad. ............................................................................................................. 58 Ajustes de Dosificación y Umbral de pH ..................................................................................... 59 Revisión Flexible del Umbral de pH ............................................................................................ 59 Incorporación de Aditivos Complementarios ............................................................................... 59 Correcciones por Variación de Equipos y Condiciones de Ensayo .............................................. 60 Elaboración de Tablas de Corrección ........................................................................................... 60 Protocolos Rigurosos de Calibración ............................................................................................ 60 Integración de la Investigación y la Práctica Profesional ............................................................. 60 Colaboración Interdisciplinaria ..................................................................................................... 60 Retroalimentación Para la Actualización Normativa .................................................................... 60 Síntesis de Resultados del Método ............................................................................................... 62 Discusión de Resultados del Método ............................................................................................ 66 Evaluación Integral del Suelo y del Entorno ................................................................................ 66 Ensayos Complementarios de Resistencia y Durabilidad ............................................................. 66 Ajustes de Dosificación y Umbral de pH ..................................................................................... 67 Correcciones por Variación de Equipos y Condiciones Ambientales .......................................... 67 Integración de la Investigación y la Práctica Profesional ............................................................. 67 Conclusiones ................................................................................................................................. 69 Referencias Bibliográficas ............................................................................................................ 71