Sub-base al 95% mezclado, tendido y compactación para 1 mat petreo con equipo medio

Introducción a las Capas Estructurales de Pavimentos en México

La durabilidad, seguridad y vida útil de cualquier infraestructura vial, desde una carretera federal hasta un piso industrial, dependen fundamentalmente de la calidad de su cimentación. En la ingeniería de pavimentos en México, esta cimentación se construye a través de un sistema de capas estructurales superpuestas, diseñadas para soportar y distribuir eficientemente las cargas del tránsito. Comprender la función y especificaciones de cada una de estas capas es esencial para cualquier profesional de la construcción. Este documento ofrece una guía exhaustiva sobre dos de los componentes más críticos de esta estructura: la subbase y la base hidráulica.

El Rol Fundamental de las Terracerías

Antes de construir las capas del pavimento, es imperativo preparar el terreno sobre el cual se asentará toda la estructura. Este conjunto de trabajos se conoce en ingeniería civil como terracerías. Las terracerías consisten en el movimiento de tierras —cortes en zonas elevadas y rellenos (terraplenes) en zonas bajas— para conformar una plataforma nivelada, estable y con las pendientes adecuadas para el drenaje. La correcta ejecución de las terracerías es el primer paso para garantizar la estabilidad a largo plazo, prevenir asentamientos y asegurar que las cargas se transmitan de manera uniforme al subsuelo. La capa final de las terracerías, debidamente perfilada y compactada, se denomina subrasante y sirve como el desplante directo para el sistema de pavimento.

Definición Técnica de Subbase Hidráulica (Según Normativa SCT)

La primera capa que se construye directamente sobre la subrasante preparada es la subbase hidráulica. De acuerdo con la normativa de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT), específicamente la Norma N·CTR·CAR·1·04·002/11, la subbase hidráulica se define como una "Capa de materiales pétreos seleccionados que se construye sobre la subrasante".

Sus funciones principales son actuar como una capa de transición, proporcionando un apoyo uniforme a la capa superior (la base) y distribuyendo las cargas que recibe sobre un área mayor de la subrasante. Además, cumple un rol económico, ya que permite reducir el espesor de la capa de base, que es de mayor costo, utilizando materiales de especificaciones menos estrictas. También funciona como una capa de drenaje, ayudando a evacuar el agua que pudiera infiltrarse y protegiendo así la subrasante de la saturación, que podría comprometer su capacidad de soporte.

Definición Técnica de Base Hidráulica (Según Normativa SCT)

Ubicada sobre la subbase (o en algunos casos directamente sobre la subrasante), se encuentra la base hidráulica. La normativa de la SCT la define como una "Capa de materiales pétreos seleccionados que se construye generalmente sobre la subbase o la subrasante".

Su función es crítica, ya que constituye el principal elemento estructural del pavimento. Proporciona un apoyo directo y uniforme a la capa de rodadura final, que puede ser una carpeta asfáltica o una losa de concreto hidráulico. La base hidráulica está diseñada para soportar los esfuerzos cortantes más altos generados por el tránsito y distribuirlos de manera eficiente a la subbase, asegurando que las presiones transmitidas a las capas inferiores sean lo suficientemente bajas para no causar deformaciones permanentes.

El término "hidráulica" en este contexto a menudo genera confusión. No se refiere a que el material contenga un agente cementante que reaccione con el agua (como el cemento Portland en el concreto hidráulico). Más bien, alude al proceso constructivo: el material granular se humedece con una cantidad de agua controlada para alcanzar la "humedad óptima", lo que permite lograr la máxima densidad y cohesión posible mediante un proceso de compactación mecánica. Una vez compactada, la capa se comporta como un estrato denso, estable y con una alta capacidad de carga.

Funciones Estructurales Clave

El sistema de capas de un pavimento funciona como una estructura integrada para gestionar las cargas del tránsito. Sus funciones primordiales son:

• Distribución de Cargas: Las cargas concentradas aplicadas por las llantas de los vehículos en la superficie son distribuidas por cada capa sucesiva sobre un área progresivamente mayor. Esto reduce la magnitud de la presión que llega a la subrasante, protegiendo al terreno natural de fallas por capacidad de carga.

• Reducción de Esfuerzos y Deformaciones: La rigidez y el espesor de la base y subbase absorben una parte significativa de los esfuerzos y deformaciones. Esto previene la formación de deformaciones permanentes en la superficie, como roderas (ahuellamiento) o hundimientos, que comprometen la seguridad y comodidad del usuario.

• Función de Drenaje y Protección: La granulometría de estas capas, especialmente la de la subbase, está diseñada para tener una permeabilidad que permita el drenaje lateral del agua infiltrada. Esto es vital para evitar que la subrasante se sature, ya que la presencia de agua reduce drásticamente la capacidad de soporte de los suelos finos.

Subbase vs. Base Hidráulica: Un Análisis Comparativo Esencial

Aunque ambas son capas granulares fundamentales en la estructura de un pavimento, la subbase y la base hidráulica no son intercambiables. Sus diferencias en función, calidad de materiales y especificaciones técnicas son críticas para el desempeño del pavimento. La base, al estar más cerca de la superficie y soportar mayores esfuerzos, está sujeta a requisitos mucho más estrictos y, por ende, tiene un costo significativamente mayor.

Diferencias en Posición y Función Estructural

La subbase es una capa de transición y de cimentación. Se coloca entre la subrasante (el terreno natural preparado) y la base. Su función principal es económica y estructuralmente secundaria: proporcionar un soporte uniforme, mejorar la capacidad de drenaje y permitir el uso de un menor espesor de la costosa capa de base.

La base, por otro lado, es la principal capa estructural de soporte de carga granular. Se sitúa directamente debajo de la capa de rodadura (asfalto o concreto) y debe resistir y distribuir las altas concentraciones de esfuerzo generadas por el tránsito pesado. Su integridad es directamente responsable de la capacidad portante de todo el pavimento.

Calidad de los Materiales y Nivel de Procesamiento

Las diferencias más notables radican en la calidad y el procesamiento de los agregados pétreos utilizados:

• Subbase: Generalmente, se permite el uso de materiales de menor calidad. Puede contener un mayor porcentaje de partículas redondeadas (provenientes de lechos de río o bancos de grava) y no siempre se exige un alto porcentaje de trituración mecánica (chancado).

• Base: Exige agregados de alta calidad, durabilidad y resistencia. Un requisito fundamental es un alto porcentaje de caras fracturadas, que se obtiene mediante trituración mecánica. Las partículas angulosas producto de la trituración (chancado) generan una mayor trabazón y fricción interna entre ellas, lo que resulta en una capa con mayor estabilidad, rigidez y resistencia al esfuerzo cortante.

Especificaciones Técnicas Clave

Las normativas reflejan estas diferencias en exigencias técnicas específicas:

• Granulometría: La subbase típicamente permite un tamaño máximo de partícula mayor, que puede ser de 50 mm (2 in) o incluso más, y una banda granulométrica más amplia. La base, en cambio, requiere una granulometría más cerrada y controlada, con un tamaño máximo nominal más pequeño, comúnmente de 37.5 mm (1 ½ in), para lograr una capa más densa y uniforme.

• Plasticidad: La plasticidad de la porción fina del material es un indicador de la presencia de arcillas, las cuales son altamente susceptibles a cambios de volumen con la humedad. Por ello, la base hidráulica tiene límites muy estrictos: un Índice de Plasticidad (IP) máximo de 6% y a menudo se especifica como "no plástico". La subbase puede permitir un IP ligeramente mayor, aunque también controlado.

• Resistencia (CBR): El Valor de Soporte de California (CBR, por sus siglas en inglés) es una medida directa de la capacidad de carga del material. Las exigencias para la base son sustancialmente más altas. Mientras que una subbase puede requerir un CBR mínimo del 30% al 50%, para una base hidráulica es común exigir un CBR mínimo del 80%, llegando al 100% o más para carreteras de alto tránsito.

La siguiente tabla resume las diferencias fundamentales entre ambas capas, proporcionando un recurso de consulta rápida para profesionales del sector.

Tabla 1. Comparativa de Especificaciones: Subbase vs. Base Hidráulica

Especificaciones de Materiales según la Normativa SCT

En México, la construcción de infraestructura carretera federal se rige por la Normativa para la Infraestructura del Transporte, emitida por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT). Estas normas son de cumplimiento obligatorio y establecen los requisitos mínimos de calidad para los materiales, así como los procedimientos de construcción y control de calidad. Para las capas granulares de pavimentos, las normas clave son la N·CMT·4·02·001 para Subbases y la N·CMT·4·02·002 para Bases Hidráulicas.

Un concepto fundamental en estas normas es el ajuste de los requisitos en función del nivel de tránsito esperado, cuantificado como el número de ejes equivalentes acumulados de 8.2 toneladas (ΣL) esperado durante la vida útil del pavimento. Esto significa que una carretera con alto volumen de tráfico pesado (ΣL>106) exigirá materiales de mayor calidad que una vía con tránsito ligero (ΣL≤106). Este enfoque de diseño basado en el desempeño asegura que la inversión en materiales sea proporcional a la demanda estructural, optimizando la durabilidad y el costo del ciclo de vida del pavimento.

Análisis de la Norma N·CMT·4·02·001 para Subbases

Esta norma define los requisitos para los materiales granulares que se colocan sobre la subrasante para formar la capa de subbase.

Tipos de Materiales: La norma clasifica los materiales según su origen y el tratamiento requerido:

• Materiales Naturales: Arenas y gravas que cumplen con los requisitos sin necesidad de tratamiento mecánico.

• Materiales Cribados: Requieren un proceso de cribado para eliminar partículas de sobretamaño.

• Materiales Parcialmente Triturados: Requieren trituración parcial y cribado para cumplir con la granulometría.

• Materiales Totalmente Triturados: Requieren trituración total y cribado.

• Materiales Mezclados: Combinación de dos o más de los anteriores para cumplir con las especificaciones.

Requisitos de Granulometría y Calidad: Las tablas siguientes, extraídas de la norma N·CMT·4·02·001/21, resumen los requisitos. El tamaño máximo de las partículas no debe exceder el 25% del espesor de la capa de subbase compactada.

Tabla 2. Requisitos de Granulometría para Subbases (N·CMT·4·02·001/21)

Tabla 3. Requisitos de Calidad para Subbases (N·CMT·4·02·001/21)

Análisis de la Norma N·CMT·4·02·002 para Bases Hidráulicas

Esta norma es más estricta y detalla los requisitos para la capa de base, que soporta directamente la carpeta de rodadura. La norma diferencia los requisitos según el tipo de carpeta que se colocará encima (concreto hidráulico o asfalto).

Requisitos para Bases de Pavimentos con Carpeta Asfáltica: Estos son los requisitos más comunes para carreteras y vialidades. El tamaño máximo de las partículas no debe ser mayor al 20% del espesor de la capa de base compactada.

Tabla 4. Requisitos de Granulometría para Bases bajo Carpeta Asfáltica (N·CMT·4·02·002/16)

Tabla 5. Requisitos de Calidad para Bases bajo Carpeta Asfáltica (N·CMT·4·02·002/16)

Como se observa al comparar las tablas, los requisitos para la base hidráulica son considerablemente más exigentes que para la subbase, especialmente para proyectos de alto tránsito. Se requiere un material más limpio (mayor Equivalente de Arena), más resistente (mayor CBR), más durable (menor Desgaste Los Ángeles) y con una forma de partícula más cúbica (menor % de partículas alargadas y lajeadas).

Proceso Constructivo de Subbases y Bases: Guía Paso a Paso

La construcción de las capas de subbase y base hidráulica es un proceso sistemático que requiere precisión, equipo adecuado y un control de calidad constante para asegurar que el resultado final cumpla con las especificaciones de diseño. El proceso es una coreografía coordinada entre el suministro de material, la conformación topográfica y la densificación mecánica.

1. Trabajos Previos y Preparación de la Subrasante

El proceso comienza sobre la capa de subrasante, que debe haber sido previamente aceptada por la supervisión. Esto implica verificar que la superficie esté terminada dentro de las líneas y niveles establecidos en el proyecto, sin irregularidades, baches o zonas blandas. La subrasante debe estar compactada al grado especificado, comúnmente al 95% de su densidad seca máxima, para proporcionar una plataforma de trabajo estable y uniforme. Cualquier deficiencia en la subrasante debe ser corregida antes de proceder, ya que los defectos en esta capa se propagarán a las capas superiores.

2. Suministro y Extendido (Tendido) del Material

El material granular, proveniente de un banco de materiales previamente aprobado por laboratorio, es transportado al sitio de la obra en camiones de volteo. El material se descarga sobre la superficie preparada en montones (camellones) espaciados a intervalos calculados. La cantidad de material en cada montón se determina para que, una vez extendido, forme una capa suelta de un espesor uniforme que, tras la compactación, alcance el espesor de diseño especificado.

Posteriormente, una motoniveladora (también conocida como motoconformadora) extiende el material de los camellones para formar una capa homogénea en todo el ancho de la corona. El operador de la motoniveladora sigue las referencias topográficas (estacas de nivel) para asegurar que la capa tenga el espesor y las pendientes transversales (bombeo) correctas. El espesor de la capa suelta a tender es un factor crítico; debe ser lo suficientemente delgada para que el equipo de compactación pueda densificarla en toda su profundidad, generalmente no mayor a 20 cm de espesor compactado por capa.

3. Control de Humedad y Homogeneización

Para lograr la máxima densidad posible, el material granular debe ser compactado con un contenido de humedad específico, conocido como "humedad óptima". Para alcanzar este punto, se utiliza un camión pipa (tanque de agua) que riega el material extendido de manera controlada y uniforme.

Después del riego, la motoniveladora realiza pasadas adicionales para mezclar el agua con el material granular, asegurando una distribución homogénea de la humedad en toda la masa y en todo el espesor de la capa. Este paso de homogeneización es fundamental; una humedad dispareja resultará en una compactación deficiente y no uniforme.

4. Compactación por Capas

Una vez que el material ha sido extendido y humedecido adecuadamente, comienza el proceso de compactación. El equipo más comúnmente utilizado para esta tarea es el vibrocompactador de rodillo liso, una máquina pesada que utiliza tanto su peso estático como la vibración para densificar el material, reduciendo los vacíos entre las partículas.

La compactación debe seguir un patrón sistemático para garantizar una cobertura total y uniforme:

• Dirección: La compactación se realiza en pasadas longitudinales, paralelas al eje del camino.

• Secuencia: En tramos rectos (tangentes), el proceso comienza en los bordes exteriores y avanza hacia el centro. En las curvas con peralte, comienza en la parte interior de la curva y avanza hacia el exterior.

• Traslape: Cada pasada del compactador debe solapar la pasada anterior en al menos la mitad del ancho del rodillo. Esto asegura que no queden franjas sin compactar entre pasadas.

El proceso de compactación continúa con el número de pasadas necesarias hasta que el material alcance el grado de compactación especificado en el proyecto, el cual es verificado mediante pruebas de campo. Si el espesor total de la capa de diseño es mayor al que se puede compactar en una sola vez, el proceso se repite construyendo capas sucesivas hasta alcanzar el nivel final.

Control de Calidad en Obra: Garantizando la Resistencia y Longevidad

El control de calidad es el conjunto de procedimientos y ensayos que garantizan que tanto los materiales como el proceso constructivo cumplan con las especificaciones del proyecto y la normativa aplicable. En la construcción de subbases y bases, el control de calidad es el eslabón que conecta el diseño teórico de laboratorio con la ejecución en campo, y su pilar fundamental es el ensayo Proctor y la verificación del grado de compactación.

El Ensayo Proctor: El Estándar de Oro de la Compactación

El Ensayo Proctor es un procedimiento de laboratorio estandarizado que tiene como objetivo determinar la relación entre el contenido de humedad de un material granular o suelo y la densidad seca que se puede alcanzar al aplicarle una cantidad de energía de compactación específica. El resultado de este ensayo no es un único valor, sino una curva que muestra cómo varía la densidad a medida que aumenta la humedad.

• Proctor Estándar (ASTM D-698 / AASHTO T-99): Este fue el ensayo original. Utiliza un molde de menor volumen, un pisón de 2.5 kg y una menor energía de compactación (3 capas, 25 golpes por capa). Se sigue utilizando para proyectos con requerimientos de compactación menores, como rellenos de zanjas o caminos de bajo tránsito.

• Proctor Modificado (ASTM D-1557 / AASHTO T-180): Este ensayo fue desarrollado posteriormente para simular mejor la mayor energía de compactación que aplican los equipos pesados modernos. Utiliza un pisón más pesado (4.5 kg), una mayor altura de caída y más energía total (5 capas, 25 o 56 golpes por capa). Para la construcción de carreteras y pavimentos de alta especificación, el Proctor Modificado es el ensayo de referencia.

El resultado gráfico del ensayo es la curva de compactación. El punto más alto de esta curva revela dos parámetros críticos para el control de calidad en obra:

1. Densidad Seca Máxima (γd​max): El máximo peso volumétrico seco que se puede lograr para ese material con esa energía de compactación específica.

2. Humedad Óptima (wopt​): El contenido de humedad con el cual se alcanza dicha densidad máxima.

Interpretación Práctica: ¿Qué Significa "Compactar al 95% Proctor"?

El requisito de "compactar al 95% Proctor" es una especificación contractual y de calidad que vincula directamente el resultado del laboratorio con el trabajo en campo. Significa que la densidad seca del material, una vez colocado y compactado en la obra, debe ser de al menos el 95% de la Densidad Seca Máxima determinada mediante el ensayo Proctor en el laboratorio.

Por ejemplo:

1. El laboratorio realiza el ensayo Proctor Modificado a una muestra del material de base y determina que su Densidad Seca Máxima es de 2,100m3kg​.

2. El proyecto especifica un grado de compactación del 95% para la capa de subbase.

3. Por lo tanto, el requisito en campo es que la densidad seca de la subbase compactada, medida en cualquier punto, debe ser como mínimo: 2,100m3kg​×0.95=1,995m3kg​.

Este porcentaje es un parámetro mínimo de aceptación. Para capas de subrasante y subbase, es común especificar un 95%, mientras que para la capa de base, dada su importancia estructural, la exigencia suele elevarse al 100% del valor Proctor Modificado. No alcanzar este valor significa que el material no tendrá la capacidad de carga asumida en el diseño del pavimento, lo que inevitablemente conduce a una reducción de su vida útil y a fallas prematuras.

Métodos de Verificación en Campo

Para verificar que se ha alcanzado el grado de compactación requerido, el personal de control de calidad realiza mediciones de la densidad del material directamente en la obra. Los métodos más comunes incluyen:

• Método del Cono de Arena (ASTM D1556): Un método destructivo pero preciso que consiste en excavar un pequeño pozo en la capa compactada, pesar el material extraído y medir el volumen del pozo rellenándolo con una arena calibrada de densidad conocida.

• Densímetro Nuclear (ASTM D6938): Un equipo no destructivo que mide la densidad y la humedad del material mediante la emisión de partículas nucleares. Es un método mucho más rápido, permitiendo realizar un mayor número de mediciones en menos tiempo.

Estas mediciones se realizan en ubicaciones aleatorias a lo largo del tramo compactado para asegurar que toda el área cumple con la especificación.

Análisis de Costos y Precios Unitarios (APU) para 2024

La presupuestación precisa es un pilar de la gestión de proyectos de construcción. Para estimar el costo de las capas de subbase y base, la industria en México utiliza el Análisis de Precios Unitarios (APU). Un APU desglosa el costo total por unidad de medida (en este caso, por metro cúbico, m3) en sus componentes fundamentales: materiales, mano de obra, maquinaria y costos indirectos. A continuación, se presenta un análisis detallado de los costos para 2024.

Desglose de un Análisis de Precios Unitarios (APU)

Un APU para la construcción de una capa granular se estructura típicamente de la siguiente manera:

• Costo de Materiales: Incluye el costo del material granular (subbase o base) puesto en la obra, así como el costo del agua necesaria para la compactación.

• Costo de Mano de Obra: Considera el costo de la cuadrilla de trabajadores (operadores, peones, cabo) necesaria para ejecutar el trabajo, incluyendo salarios y prestaciones.

• Costo de Maquinaria y Equipo: Contempla el costo horario o por jornada de la maquinaria pesada (motoniveladora, vibrocompactador, pipa de agua, etc.).

• Costos Indirectos, Financiamiento y Utilidad: Un porcentaje que se añade al costo directo (la suma de los tres anteriores) para cubrir gastos de oficina, supervisión, financiamiento del proyecto y el margen de ganancia de la empresa constructora.

Costos de Materiales

El costo del material granular es el componente más variable, ya que depende en gran medida de la geología local, la distancia desde el banco de materiales hasta la obra (costo de flete) y la demanda del mercado.

• Precio por Metro Cúbico (m3): Los precios de material para subbase o base puesto en obra pueden variar significativamente. Datos de 2024 indican un rango que puede ir desde aproximadamente 266MXN/m3 para material de subrasante hasta 453MXN/m3 para subbase y 512MXN/m3 para base. Un análisis más detallado sugiere un promedio de $420 - 650MXN/m3 dependiendo de la región.

Tabla 6. Variación Regional del Costo de Material para Base Hidráulica (MXN por m3)

Fuente: Basado en datos de.

Costos de Mano de Obra

El costo de una cuadrilla de terracerías varía según la composición y los salarios de la región. Una cuadrilla típica puede incluir un cabo de oficios, un operador de maquinaria pesada y dos peones (ayudantes). Con base en datos salariales de 2024, que sitúan el salario mensual promedio de un operador de maquinaria de construcción en torno a los $9,920 MXN y el de un peón en un rango inferior, se puede estimar el costo de un jornal (día de trabajo).

Costos de Maquinaria

La renta de maquinaria pesada es un costo directo significativo. Los precios suelen incluir operador y combustible.

Tabla 7. Costos de Renta de Maquinaria por Jornada (8 hrs) - 2024

Fuente: Datos de.

Ejemplo de Análisis de Precio Unitario (APU)

La siguiente tabla presenta un APU de ejemplo para la construcción de 1 m3 de subbase, compactada al 95% Proctor. Los rendimientos (cantidad de m3 que la cuadrilla y maquinaria pueden producir por día) son supuestos para fines ilustrativos.

Tabla 8. Ejemplo de APU - Subbase Compactada al 95% Proctor (Costo Directo por m3)

Nota: La cantidad de material (1.25 m3) considera un factor de abundamiento; se necesita más de 1 m3 de material suelto para obtener 1 m3 de material compactado. Los costos de mano de obra y maquinaria se basan en un rendimiento estimado. Este es un ejemplo y los costos reales varían por proyecto.

Errores Comunes en la Ejecución y Cómo Prevenirlos

La calidad de las capas de subbase y base es tan dependiente de la correcta ejecución en campo como de la calidad de los materiales. Los errores durante el proceso constructivo pueden no ser evidentes de inmediato, pero se manifiestan a lo largo del tiempo como "defectos latentes", resultando en fallas prematuras del pavimento como fisuras, baches y hundimientos. La inversión en una supervisión rigurosa para prevenir estos errores es exponencialmente más rentable que los costos de reparación futuros.

1. Control Inadecuado de la Humedad

• Error: Compactar el material con un contenido de agua significativamente diferente a la "humedad óptima" determinada por el ensayo Proctor.

  • Material Demasiado Seco: Las partículas no tienen la lubricación necesaria para deslizarse y reacomodarse bajo la energía de compactación. El resultado es una estructura con altos vacíos de aire y baja densidad.

  • Material Demasiado Húmedo: El exceso de agua ocupa el espacio entre las partículas. Como el agua es incompresible, impide que las partículas se junten, resultando nuevamente en una baja densidad seca. Además, el material puede volverse inestable y "bombear" bajo el peso del compactador.

• Consecuencia: En ambos casos, la capa no alcanza la densidad de diseño, lo que se traduce en una baja capacidad de carga y una alta propensión a asentamientos post-constructivos bajo las cargas del tránsito.

• Prevención: Monitoreo constante de la humedad del material en el camellón y durante el mezclado. El ingeniero de campo o laboratorista debe verificar la humedad (a menudo mediante el "método del puño" como prueba rápida, seguido de mediciones con equipos) y ordenar el riego o el oreado del material según sea necesario antes de compactar.

2. Compactación Deficiente o No Uniforme

• Error: No seguir un procedimiento de compactación sistemático. Esto incluye intentar compactar capas demasiado gruesas (mayores a 20 cm), no traslapar adecuadamente las pasadas del rodillo compactador, o no aplicar el número suficiente de pasadas para alcanzar la densidad requerida en toda el área.

• Consecuencia: Se crean zonas de baja compactación, particularmente en los bordes o entre pasadas. Estos puntos débiles se consolidarán de manera diferencial bajo el tránsito, provocando hundimientos localizados que se reflejan en la superficie como grietas (típicamente "piel de cocodrilo") y baches.

• Prevención: Establecer y seguir un patrón de compactación riguroso, como se describió en la sección del proceso constructivo. Es fundamental realizar verificaciones de densidad en campo a intervalos regulares (por ejemplo, cada cierto número de metros cuadrados) para confirmar que se está alcanzando la especificación en toda la superficie y espesor de la capa.

3. Uso de Materiales Contaminados o Fuera de Norma

• Error: Utilizar material de banco que no ha sido debidamente ensayado o que ha sido contaminado durante su acopio o manejo. La contaminación puede incluir materia orgánica (raíces, tierra vegetal), exceso de finos plásticos (arcillas), o partículas de sobretamaño.

• Consecuencia: La materia orgánica se descompone, creando vacíos y asentamientos. El exceso de arcilla hace que la capa sea altamente susceptible a la humedad, perdiendo drásticamente su capacidad de soporte cuando se satura e hinchándose o contrayéndose con los cambios de humedad. Esto provoca fallas estructurales generalizadas en el pavimento.

• Prevención: Implementar un estricto control de calidad en el banco de materiales. Se deben tomar muestras y realizar ensayos de laboratorio (granulometría, límites de Atterberg, CBR, etc.) para cada lote de material antes de que sea transportado a la obra. Cualquier material que no cumpla con las especificaciones del proyecto debe ser rechazado de forma inequívoca.

4. Segregación del Material

• Error: Durante las operaciones de descarga, acopio y extendido, las partículas más grandes del agregado tienden a separarse de las más finas. Las partículas gruesas ruedan hacia la base y los bordes de los montones, mientras que las finas se concentran en el centro.

• Consecuencia: La capa resultante no es homogénea. Las zonas con exceso de gruesos tendrán muchos vacíos y serán difíciles de compactar, mientras que las zonas con exceso de finos pueden tener problemas de plasticidad y drenaje. Esta falta de uniformidad conduce a un comportamiento estructural impredecible y disparejo.

• Prevención: Utilizar técnicas adecuadas de manejo de materiales, como formar los acopios en capas horizontales y descargar los camiones en montones pequeños y juntos. Durante el extendido, el operador de la motoniveladora debe mezclar activamente el material para recombinar las partículas segregadas y lograr una capa final homogénea.

Aplicaciones Específicas y Consideraciones de Diseño

Si bien los principios fundamentales de las capas de subbase y base son universales, su aplicación y nivel de exigencia varían según el tipo de proyecto y las cargas que deberá soportar.

Carreteras, Pisos Industriales y Estacionamientos

Para infraestructuras sometidas a cargas vehiculares pesadas y repetitivas, como carreteras, autopistas, patios de maniobras, centros de distribución y pisos industriales con tráfico de montacargas, la construcción de un sistema robusto de subbase y base conforme a la normativa SCT no es opcional, es un requisito indispensable para la viabilidad del proyecto.

En estas aplicaciones, las capas granulares son el componente principal que proporciona la capacidad estructural. El diseño del espesor de cada capa se realiza mediante métodos de ingeniería (como AASHTO 93 o el Mecanicista-Empírico) que consideran el tránsito esperado (ΣL), las características de los materiales (CBR, módulo resiliente) y las propiedades del terreno de cimentación. Omitir o construir deficientemente estas capas garantiza una falla prematura y costosa de la estructura.

Análisis: ¿Es Necesaria la Subbase para Firmes de Concreto en Viviendas?

Esta es una pregunta frecuente en el ámbito de la construcción residencial. A diferencia de un pavimento, un firme de concreto en una vivienda está sometido a cargas mucho más ligeras (peatonales, mobiliario). La respuesta, por lo tanto, es matizada:

• No siempre es estrictamente necesaria: Si el terreno natural (subrasante) sobre el que se construirá la vivienda es de buena calidad —es decir, es un suelo granular o de baja plasticidad, firme, con buen drenaje y no expansivo—, es técnicamente posible colocar el firme de concreto directamente sobre este terreno, siempre y cuando esté bien nivelado y compactado. Las losas de concreto, por su rigidez, distribuyen las cargas ligeras de una vivienda sobre un área amplia, generando presiones muy bajas sobre el suelo de soporte.

• Es altamente recomendable (y a veces indispensable) en las siguientes condiciones:

  1. Suelos de Mala Calidad: Si el terreno es arcilloso, expansivo, de baja capacidad de carga o está mal drenado, la inclusión de una capa de subbase es crucial. En este contexto, la capa (a menudo llamada "relleno de material de banco" o "mejoramiento del terreno") cumple varias funciones vitales: crea una plataforma de trabajo estable, rompe la ascensión capilar de la humedad desde el subsuelo (evitando problemas de humedad en el piso), y proporciona un soporte uniforme que previene fisuras en el firme por movimientos diferenciales del terreno.

  2. Cargas Mayores: Si el firme de concreto va a soportar cargas más pesadas que las de una habitación, como en una cochera donde se estacionará un vehículo, la subbase se vuelve necesaria para distribuir la carga concentrada de las llantas y prevenir el agrietamiento del concreto.

En conclusión, aunque la normativa no la exija de forma obligatoria para todos los firmes residenciales, la colocación de una capa de subbase granular (por ejemplo, de 10 a 15 cm de espesor de material de banco compactado) es una buena práctica constructiva. Representa un costo adicional relativamente bajo en el presupuesto total de la obra, pero mejora significativamente la durabilidad del firme, previene problemas de humedad a largo plazo y protege la inversión en los acabados del piso.

Seguridad en Obras de Terracerías (NOM-031-STPS-2011)

La ejecución de trabajos de terracerías implica la operación de maquinaria pesada y la exposición de los trabajadores a diversos riesgos. Por ello, es imperativo cumplir con la Norma Oficial Mexicana NOM-031-STPS-2011, Construcción-Condiciones de seguridad y salud en el trabajo. Esta norma, emitida por la Secretaría del Trabajo y Previsión Social (STPS), tiene como objetivo prevenir los riesgos laborales en las obras de construcción.

Protocolos de Seguridad para la Operación de Maquinaria Pesada

La NOM-031-STPS-2011 establece obligaciones claras para el patrón en lo que respecta a la maquinaria:

• Análisis de Riesgos: El patrón debe identificar y evaluar los riesgos asociados a la operación de cada máquina antes de iniciar los trabajos.

• Capacitación: Se debe proporcionar capacitación y adiestramiento a los operadores sobre el funcionamiento seguro de la maquinaria, así como sobre los procedimientos de emergencia.

• Mantenimiento y Dispositivos de Seguridad: Es responsabilidad del patrón asegurarse de que la maquinaria esté en buen estado de funcionamiento, que reciba mantenimiento preventivo y que todos sus dispositivos de seguridad (alarmas de reversa, luces, guardas de protección) estén operativos.

• Señalización: Las áreas de operación de maquinaria pesada deben estar claramente delimitadas y señalizadas para advertir al personal no autorizado y controlar la interacción entre vehículos y peatones.

Los riesgos más comunes en estas operaciones incluyen atropellos, volcaduras de maquinaria en taludes inestables, golpes durante maniobras, quemaduras por contacto con partes calientes del motor y exposición a ruido y polvo.

Equipo de Protección Personal (EPP) Obligatorio

La norma exige que el patrón proporcione, sin costo para los trabajadores, el Equipo de Protección Personal (EPP) adecuado para los riesgos de su actividad. Para el personal que labora en obras de terracerías, el EPP mínimo indispensable incluye :

• Casco de seguridad: Protección contra impacto de objetos.

• Botas de seguridad con casquillo de acero: Protección contra aplastamiento y objetos punzocortantes.

• Guantes de trabajo: Protección para el manejo de materiales y herramientas.

• Gafas de seguridad o goggles: Protección contra la proyección de partículas y polvo.

• Chaleco de alta visibilidad: Esencial para que los trabajadores sean fácilmente visibles para los operadores de maquinaria.

• Protección auditiva (tapones o conchas acústicas): Obligatorio para personal que trabaja cerca de maquinaria ruidosa como vibrocompactadores.

• Mascarilla contra polvo: Necesaria durante las operaciones de extendido y barrido de material seco.

El cumplimiento de estas medidas de seguridad no es solo una obligación legal, sino una responsabilidad ética fundamental para proteger la integridad física de todos los trabajadores en la obra.

Alternativas e Innovaciones en la Construcción de Pavimentos

El campo de la ingeniería de pavimentos está en constante evolución, buscando soluciones más eficientes, económicas y sostenibles. Si bien las capas granulares tradicionales de subbase y base son el método probado y más extendido, existen alternativas innovadoras que pueden optimizar el diseño, reducir costos y mejorar el desempeño.

Estabilización de Suelos con Cemento o Cal

En lugar de reemplazar un suelo de subrasante de mala calidad, una alternativa es mejorarlo "in situ" mediante la estabilización química. Este proceso consiste en mezclar el suelo natural con un agente estabilizador, como cemento Portland o cal, para modificar permanentemente sus propiedades geotécnicas.

• Estabilización con Cal: Es particularmente efectiva en suelos arcillosos de alta plasticidad. La cal reacciona químicamente con las partículas de arcilla, reduciendo su plasticidad e hinchamiento y aumentando su resistencia (CBR). El resultado es un material mucho más estable y menos susceptible a la humedad.

• Estabilización con Cemento: Se puede aplicar a una gama más amplia de suelos, desde arenas hasta arcillas de baja plasticidad. El cemento hidrata y forma una matriz rígida que une las partículas del suelo, creando una capa de alta resistencia y durabilidad, similar a un concreto de baja calidad. Esta capa se conoce como "suelo-cemento".

Ventajas:

• Aumento de la Capacidad Portante: Una capa estabilizada puede alcanzar una resistencia significativamente mayor que una capa granular no tratada, lo que permite reducir los espesores de las capas superiores del pavimento.

• Reducción de Costos: Al utilizar el material local (el propio suelo del sitio), se reducen o eliminan los costos de excavación, desecho de material inadecuado y acarreo de material de banco.

• Rapidez de Construcción: El proceso de mezclado "in situ" con equipos especializados (recicladoras o estabilizadoras de suelos) es rápido y eficiente.

Aplicación de Geotextiles y Geomallas

Los geosintéticos son materiales poliméricos fabricados para ser utilizados en aplicaciones geotécnicas. En la construcción de pavimentos, los geotextiles y las geomallas ofrecen soluciones de ingeniería para mejorar el desempeño de las capas granulares.

• Funciones Principales:

  1. Separación: Cuando se coloca un geotextil no tejido entre la subrasante arcillosa y la capa de subbase granular, actúa como una barrera física. Impide que las partículas finas de la subrasante migren hacia arriba y contaminen la subbase bajo el efecto del bombeo inducido por el tráfico. Esto preserva la capacidad de drenaje y la integridad estructural de la capa granular.

  2. Filtración y Drenaje: El geotextil permite el paso del agua, pero retiene las partículas de suelo. Esta función es vital en sistemas de subdrenaje para evitar que se colmaten.

  3. Refuerzo: Las geomallas, con su estructura de aberturas, se traban con el agregado granular. Al ser sometidas a carga, la geomalla entra en tensión y confina el material, distribuyendo la carga sobre un área mayor y aumentando la rigidez y capacidad de carga de la capa. Esto puede permitir una reducción significativa del espesor de la capa granular, generando ahorros en materiales.

Estas tecnologías no siempre reemplazan por completo a las capas tradicionales, pero actúan como un complemento que optimiza su comportamiento, prolonga la vida útil del pavimento y permite construir sobre terrenos difíciles donde las soluciones convencionales serían inviables o excesivamente costosas.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

¿Cuánto cuesta el metro cúbico de sub base hidráulica?

El costo del material para sub base hidráulica en México para 2024 varía regionalmente, pero se estima entre $420 y $650 MXN por metro cúbico (m3) puesto en obra. El precio unitario final, incluyendo suministro, tendido y compactación, puede oscilar entre $600 y $800 MXN por m3, dependiendo de la logística del proyecto.

¿Cuál es la diferencia entre la base y la sub base hidráulica?

La principal diferencia radica en su posición y calidad. La sub base es una capa de transición económica entre el terreno (subrasante) y la base, con materiales de menor calidad. La base hidráulica es la capa estructural principal, ubicada justo debajo del pavimento, y exige agregados de mayor calidad, resistencia y un alto porcentaje de trituración para soportar directamente las cargas del tránsito.

¿Qué es la prueba Proctor?

Es un ensayo de laboratorio estandarizado que determina la densidad seca máxima que puede alcanzar un suelo o material granular y la "humedad óptima" necesaria para lograrla con una energía de compactación específica. Sirve como el parámetro de referencia para el control de calidad de la compactación en obra.

¿Qué material se usa para la sub base?

Se utilizan materiales pétreos seleccionados, como una mezcla controlada de grava y arena, que pueden ser naturales, cribados o parcialmente triturados. Deben cumplir con especificaciones de granulometría, plasticidad y resistencia (CBR) definidas en la normativa SCT N·CMT·4·02·001.

¿Qué significa "compactado al 95% Proctor"?

Significa que la densidad seca del material compactado en la obra debe alcanzar, como mínimo, el 95% de la densidad seca máxima obtenida para ese mismo material en el laboratorio mediante el ensayo Proctor. Es una medida de control de calidad para asegurar que la capa tendrá la capacidad de carga esperada.

¿Qué es el "material de banco"?

Es el término utilizado en construcción para referirse a los materiales pétreos (arena, grava, arcilla, roca) que se extraen de un yacimiento o sitio natural, conocido como "banco de materiales", para ser utilizados como materia prima en obras de ingeniería civil.

¿Se necesita sub base para un firme de concreto de una casa?

No siempre es indispensable, pero es altamente recomendable. Si el terreno natural es de buena calidad (firme y con buen drenaje), se podría omitir. Sin embargo, en suelos de mala calidad (arcillosos o expansivos) o si el firme soportará cargas como un vehículo (cochera), una capa de sub base es crucial para dar soporte uniforme, prevenir fisuras y evitar problemas de humedad.

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Conclusión: La Inversión en una Base Sólida

A lo largo de esta guía, se ha desglosado la ciencia y la práctica detrás de las capas de subbase y base hidráulica, dos componentes que, aunque ocultos bajo la superficie, dictaminan el destino de cualquier proyecto de pavimentación en México. El análisis ha abarcado desde sus definiciones y funciones estructurales hasta las rigurosas especificaciones de la normativa SCT, los detalles del proceso constructivo, el control de calidad, los costos y las innovaciones en el sector.

Los puntos clave a retener son:

1. Función y Jerarquía: La subbase y la base no son intercambiables. La subbase actúa como una capa de transición y drenaje económica, mientras que la base es la principal capa estructural, sujeta a especificaciones de calidad, resistencia y procesamiento mucho más estrictas.

2. Adherencia a la Normativa: El cumplimiento de las normas SCT, particularmente la N·CMT·4·02·001 para subbases y la N·CMT·4·02·002 para bases, no es una formalidad, sino una garantía de calidad. El enfoque de la norma, que ajusta los requisitos según el tránsito esperado (ΣL), subraya la necesidad de un diseño de ingeniería basado en el desempeño.

3. La Importancia Crítica de la Compactación: El ensayo Proctor y la verificación en campo del grado de compactación son el puente entre el diseño de laboratorio y la realidad constructiva. Fallar en alcanzar la densidad especificada invalida las suposiciones de diseño sobre la capacidad de carga, condenando al pavimento a una vida útil reducida.

4. La Ejecución Meticulosa Previene Fallas Futuras: La mayoría de las patologías del pavimento (grietas, baches, hundimientos) tienen su origen en errores de ejecución en las capas inferiores, como un control de humedad inadecuado, una compactación deficiente o el uso de materiales contaminados.

En última instancia, la construcción de las capas de subbase y base debe ser vista no como un gasto, sino como la inversión más rentable para el ciclo de vida de un pavimento. Cada peso invertido en materiales de calidad que cumplen con la norma, en una ejecución técnica supervisada y en un riguroso control de calidad, se traduce directamente en una mayor durabilidad, menores costos de mantenimiento y una infraestructura más segura y confiable. Una falla en la cimentación, tarde o temprano, se manifestará en la superficie, y el costo de la reparación siempre superará con creces el costo de haberlo hecho bien desde el principio. La base sólida, tanto en sentido literal como figurado, es el único camino hacia un proyecto de pavimentación exitoso.

Glosario de Términos

Sub Base

Capa de material pétreo seleccionado que se construye sobre el terreno preparado (subrasante) y debajo de la base hidráulica. Su función es de transición, drenaje y soporte económico.

Base Hidráulica

Capa de material granular de alta calidad que se coloca sobre la sub base y directamente debajo de la capa de rodadura (asfalto o concreto). Es el principal elemento estructural que soporta y distribuye las cargas del tránsito.

Terracerías

Conjunto de trabajos de movimiento de tierras (cortes y rellenos) para nivelar y preparar el terreno natural, creando una plataforma estable (subrasante) sobre la cual se construirá el pavimento.

Pavimento

Estructura construida sobre las terracerías, compuesta por un sistema de capas (sub base, base y carpeta de rodadura), diseñada para soportar las cargas del tránsito y proporcionar una superficie segura y uniforme.

Compactación

Proceso mecánico mediante el cual se densifica un suelo o material granular, aplicando energía para reducir los vacíos entre sus partículas, aumentando así su capacidad de carga y estabilidad.

Prueba Proctor

Ensayo de laboratorio que establece la relación entre la humedad de un material y su densidad seca máxima alcanzable, definiendo la "humedad óptima" para lograr la máxima compactación.

Granulometría

Distribución por tamaños de las partículas que componen un agregado pétreo. Se determina mediante una serie de tamices con diferentes aberturas y es un parámetro clave para la calidad de los materiales de base y sub base.