Mezclado, tendido y compactación al 90% de la capa subrasante formada con matl seleccionado, elevacion de subrasante en cortes y / o terraplenes existentes puot, con equipo medio

Opciones y Alternativas de Estabilización (Cal, Cemento, Sustitución)

La realidad geológica de México presenta una variabilidad extrema que desafía la estandarización de los procesos constructivos. Rara vez el suelo natural encontrado en el trazo de una carretera cumple, en su estado nativo, con las especificaciones de Valor Relativo de Soporte (CBR) y expansión requeridas para una capa subrasante de alto desempeño. Por ello, las técnicas de estabilización no son meras alternativas, sino necesidades ingenieriles para transformar suelos marginales en plataformas estructurales competentes.

Estabilización con Cal: La Solución para Arcillas

La estabilización con cal se mantiene en 2025 como la técnica predominante para el tratamiento de suelos cohesivos, arcillosos y con alta plasticidad, típicos del centro y sur de México. El fundamento científico de este proceso reside en una serie de reacciones físico-químicas complejas que ocurren al incorporar óxido de calcio (cal viva) o hidróxido de calcio (cal hidratada) al suelo húmedo.

En una primera fase, conocida como modificación inmediata, ocurre un intercambio catiónico. Los iones de calcio divalentes (Ca++) de la cal reemplazan a los cationes monovalentes (como el sodio y el potasio) presentes en la superficie de las partículas de arcilla. Este cambio altera la carga eléctrica de las partículas, reduciendo el espesor de la doble capa difusa y provocando la floculación de las arcillas. El resultado macroscópico es una reducción drástica e inmediata del Índice de Plasticidad (IP), transformando un suelo pegajoso y difícil de trabajar en un material friable y granulado.

Posteriormente, se desarrolla la estabilización a largo plazo mediante la reacción puzolánica. En un ambiente de pH elevado (provocado por la cal), la sílice y la alúmina presentes en la estructura de la arcilla se vuelven solubles y reaccionan con el calcio para formar silicatos de calcio hidratados (CSH) y aluminatos de calcio hidratados (CAH). Estos son los mismos compuestos cementantes que dan resistencia al concreto. Esta reacción es dependiente del tiempo y la temperatura, y puede continuar durante años, incrementando progresivamente la resistencia al corte y la durabilidad de la subrasante ante ciclos de humedecimiento y secado.

Para el mercado mexicano en 2025, el costo de la cal hidratada en presentaciones industriales ronda los $3,800 - $4,200 MXN por tonelada. Sin embargo, la eficiencia de la inversión depende del diseño de mezcla en laboratorio, que típicamente dicta dosificaciones del 2% al 5% en peso. Es crucial diferenciar entre la cal agrícola (carbonato de calcio), que no tiene propiedades estabilizadoras, y la cal para construcción normativa.

Estabilización con Cemento Portland: Rigidez para Suelos Granulares

Cuando el material de banco o del sitio presenta una naturaleza granular (arenas, gravas con finos limosos) y carece de la cohesión necesaria, o cuando se requiere una ganancia de resistencia acelerada, el cemento Portland es el agente estabilizador idóneo. A diferencia de la cal, que depende de la reacción con las arcillas del suelo, el cemento aporta su propia matriz aglutinante.

El mecanismo es la hidratación directa de los granos de cemento, que forman enlaces rígidos entre las partículas de suelo inerte. Esto crea una capa subrasante modificada (a menudo llamada suelo-cemento) que posee una alta rigidez y capacidad de distribución de carga. En 2025, con los precios del cemento gris oscilando y la disponibilidad fluctuante en ciertas regiones , el uso de cemento se reserva para tramos donde la apertura al tráfico debe ser rápida o donde los suelos no responden a la cal.

El riesgo principal de esta técnica es la fisuración por contracción. Una subrasante excesivamente rígida puede transferir grietas de reflexión a las capas superiores del pavimento. Por ello, las normas actuales recomiendan limitar la resistencia a la compresión simple para mantener cierto grado de flexibilidad, o implementar técnicas de pre-fisuración (micro-cracking) durante el curado.

Sustitución de Material (Mejoramiento Masivo)

Existen escenarios donde la química no puede salvar un suelo deficiente. Suelos con alto contenido de materia orgánica (como turbas o suelos vegetales), suelos altamente expansivos que superan el límite de tratamiento económico, o suelos contaminados, deben ser removidos. La norma N-CMT-1-01 es taxativa al prohibir el uso de materiales con materia orgánica para la formación de terracerías y subrasantes.

La sustitución implica la excavación del material inadecuado (corte de desperdicio) y su reemplazo por material de banco seleccionado que cumpla con las especificaciones de subrasante (CBR > 20%, Expansión < 2%, Tamaño máximo 3"). Aunque técnicamente sencilla, es la opción más sensible a los costos logísticos. En 2025, el costo del acarreo se ha incrementado debido al alza en combustibles y peajes. Si el banco de material adecuado se encuentra a más de 20 o 30 km de la obra, el costo por metro cúbico de subrasante puede duplicarse, haciendo que las opciones de estabilización química sean más atractivas financieramente. Además, la gestión ambiental de los sitios de tiro para el material de desecho es cada vez más estricta, requiriendo permisos y pagos de derechos que deben considerarse en el precio unitario.

Proceso Constructivo Paso a Paso

La construcción de la capa subrasante no es una actividad aislada, sino un proceso de manufactura in situ que requiere precisión secuencial. Un error en las etapas tempranas, como la preparación de la superficie, se magnifica en las capas superiores, comprometiendo el Índice de Regularidad Internacional (IRI) del pavimento terminado. A continuación, se detalla el procedimiento técnico estándar alineado a la normativa SCT N-CTR-CAR-1-01-009.

1. Preparación de la Superficie de Apoyo

Antes de depositar el primer camión de material, la superficie subyacente (generalmente la capa subyacente del terraplén o el terreno natural en cortes) debe ser certificada.

• Verificación de Compactación Previa: La capa inferior debe cumplir con el grado de compactación especificado (mínimo 90% o 95% según el nivel del terraplén). Si la base de apoyo es débil, la energía de compactación aplicada a la subrasante se disipará hacia abajo, imposibilitando alcanzar la densidad requerida.

• Escarificación de Enlace: Para evitar planos de deslizamiento entre capas, es práctica común escarificar superficialmente (5 cm) la capa de apoyo antes de tender la subrasante, asegurando una trabazón mecánica entre ambas.

2. Suministro y Tendido (El Método del Camellón)

El material se transporta desde el banco en camiones de volteo (gondolas de 30 m³ o tortons de 14 m³).

• Cálculo de Volumen: El residente de obra debe calcular el espaciamiento de los viajes basándose en el volumen suelto necesario. Considerando un coeficiente de abundamiento típico del 20-30%, para una capa compacta de 20 cm, se requiere tender un espesor suelto aproximado de 25 a 26 cm.

• Acamellonado: La motoconformadora extiende los montículos de material formando un camellón longitudinal. Esta acción no solo distribuye el material, sino que inicia el proceso de homogeneización, mezclando las diferentes granulometrías que pudieron segregarse durante el transporte.

3. Control de Humedad y Mezclado

El control de la humedad es el parámetro más crítico de la compactación. La meta es alcanzar la Humedad Óptima (wopt​) determinada por la prueba Proctor.

• Humectación: Si el material está seco (por debajo de la wopt​), se añade agua con camiones pipa equipados con barra regadora de aspersión controlada. El agua no debe verterse a chorro para evitar deslaves de finos.

• Homogeneización: Inmediatamente después del riego, la motoconformadora debe "palear" el material (mover el camellón de un lado a otro) para distribuir la humedad uniformemente en toda la masa del suelo.

• Aireación: Si el material está saturado (por lluvias o humedad natural del banco), se debe extender y exponer al sol y al viento, removiéndolo constantemente con la motoconformadora (gradeo) para acelerar la evaporación hasta llegar al punto óptimo.

• Verificación: En 2025, el uso de densímetros nucleares o el método del "Speedy" (carburo de calcio) permite lecturas rápidas en campo para autorizar el inicio de la compactación.

4. Extendido y Conformación Geométrica

Con la humedad ajustada, el material se extiende a todo lo ancho de la sección transversal.

• Bombeo: La motoconformadora debe perfilar la superficie con la pendiente transversal especificada en el proyecto (bombeo), típicamente del 2% hacia los hombros para garantizar el drenaje pluvial. Construir la subrasante plana es un error grave que provocará estancamientos dentro del paquete estructural.

• Espesores de Capa: La norma limita el espesor de la capa compactada a un máximo de 20 o 30 cm, dependiendo del equipo de compactación disponible. Intentar compactar capas de 50 cm en una sola pasada resulta en una "costra" densa en la superficie y material suelto en el fondo, lo que derivará en asentamientos futuros.

5. Compactación

El proceso de densificación reordena las partículas del suelo, reduciendo la relación de vacíos y aumentando la fricción interna.

• Selección de Equipo:

  • Suelos Granulares (Arenas/Gravas): Se utilizan rodillos vibratorios lisos. La vibración reduce la fricción entre partículas, permitiendo que se acomoden en una configuración más densa.

  • Suelos Cohesivos (Arcillas/Limos): Se requieren rodillos "pata de cabra". Las protuberancias penetran la capa, compactando desde abajo hacia arriba (amasado) y rompiendo los grumos de arcilla.

• Patrón de Compactación: Se inicia siempre desde los bordes más bajos hacia el centro (en tangentes) o hacia el borde más alto (en curvas peraltadas). Esto confina el material hacia el centro de la vía. Se requieren típicamente de 4 a 8 pasadas, dependiendo de la energía del equipo y la plasticidad del suelo.

6. Refine Final

Una vez alcanzada la densidad, la superficie puede presentar ligeras irregularidades por las huellas del compactador. La motoconformadora realiza un corte fino ("rasurado") para dejar la superficie tersa y a la cota exacta de proyecto (+0 cm, -1.5 cm). Finalmente, se aplica un riego ligero de agua y una pasada de rodillo liso estático o neumático para sellar los poros superficiales y evitar la evaporación rápida.

Listado de Materiales

La calidad de la subrasante comienza en el banco de materiales. La norma N-CMT-1-01 es el documento rector que clasifica y acepta o rechaza estos insumos.

Es vital notar que el uso de materiales con alto contenido orgánico (capa vegetal, raíces, turba) está estrictamente prohibido, ya que su descomposición genera vacíos y asentamientos impredecibles.

Cantidades y Rendimientos

La estimación correcta de rendimientos es la base de la planificación financiera y operativa. Los siguientes datos reflejan promedios nacionales para 2025, considerando maquinaria en buen estado y operadores calificados, pero deben ajustarse por factores climáticos y topográficos.

Un error común en 2025 es subestimar el consumo de agua en regiones áridas, lo que lleva a detener la maquinaria por falta de pipas, encareciendo el costo horario del "tren de conformación" detenido.

Análisis de Precio Unitario (APU) - Ejemplo Detallado

A continuación, se desarrolla un APU detallado para 1 m3 de Capa Subrasante compactada al 95% de su PVSM. Este análisis incorpora los costos actualizados de materiales, maquinaria y mano de obra vigentes en México para el primer trimestre de 2025.

Datos Base:

• Región: Zona Centro/Bajío (Referencia).

• Especificación: Material de banco, acarreo 1er km incluido en costo material (o banco cercano), compactación 95% Proctor Estándar.

• Salarios: Ajustados al aumento del salario mínimo y tabuladores profesionales de la construcción 2025.

Análisis de Sensibilidad 2025:

1. Mano de Obra: El incremento del 12% al salario mínimo en 2025 impacta directamente el FSR (Factor de Salario Real), elevando el costo de las cuadrillas. Aunque la terracería es intensiva en maquinaria, la mano de obra sigue siendo relevante para limpieza y control.

2. Combustibles: El costo horario de la maquinaria es altamente sensible al precio del diésel. Un aumento del 5% en el combustible puede subir el PU total un 2-3%.

3. Acarreos: Este APU asume que el material está puesto en obra (o banco muy cercano). Si hay que acarrear material 20 km, el costo del rubro MAT-SUB podría dispararse de $195 a más de $350, cambiando radicalmente el precio final.

Normativa, Permisos y Seguridad (NOM SCT, Permisos, EPP)

En México, la infraestructura pública está estrictamente regulada. El incumplimiento de las normas no solo conlleva sanciones administrativas, sino responsabilidades civiles y penales en caso de fallas estructurales.

Marco Normativo Técnico (SICT / IMT)

La "Biblia" técnica para las carreteras federales son las normas publicadas por el Instituto Mexicano del Transporte (IMT).

• N-CMT-1-01 (Materiales para Terracerías): Define qué es un material apto. Establece los criterios de aceptación y rechazo para materiales de terraplén, subyacente y subrasante. Prohíbe explícitamente materiales orgánicos, turba (Pt) y suelos con expansión excesiva.

• N-CMT-1-03 (Materiales para Subrasante): Específica para la capa subrasante. Introduce el concepto de intensidad de tránsito (ΣL). Para carreteras con más de 1 millón de ejes equivalentes (tránsito pesado), exige un CBR ≥ 20% y una expansión ≤ 2%. Fija el espesor mínimo de la capa en 20 cm, aunque 30 cm es el estándar de diseño robusto.

• N-CTR-CAR-1-01-009 (Construcción de Subrasantes): Regula el proceso constructivo, definiendo tolerancias de nivelación, grados de compactación (95% o 100% según proyecto) y criterios de recepción de obra.

Permisos y Gestión Ambiental

• Manifestación de Impacto Ambiental (MIA): La apertura de nuevos bancos de material o la construcción de nuevas vías requiere una MIA aprobada por SEMARNAT.

• Derecho de Vía: Es crucial asegurar la liberación del derecho de vía antes de iniciar terracerías para evitar paros por conflictos sociales o legales.

• Bancos de Tiro: El material de despalme o corte no apto debe depositarse exclusivamente en sitios autorizados por la autoridad municipal ambiental para evitar multas ecológicas.

Seguridad y Salud Ocupacional (NOM-STPS)

La NOM-031-STPS-2011 (Condiciones de seguridad y salud en el trabajo en obras de construcción) es obligatoria.

• EPP Específico: Debido a la interacción constante con maquinaria pesada, el uso de chalecos de alta visibilidad (Clase 2 o 3) es obligatorio para todo el personal en piso. Protección auditiva es mandatoria cerca de compactadores y motores diésel.

• Señalamiento de Protección de Obra: Según la NOM-086-SCT2-2015, se deben instalar zonas de transición, canalización con conos o trafitambos y bandereros capacitados para gestionar el tráfico si la obra es una ampliación o mantenimiento de una vía activa.

Costos Promedio por Regiones

La geografía económica de México provoca disparidades notables en los costos de construcción. Factores como la geología local (disponibilidad de roca vs. arcilla), el costo de vida (salarios) y la seguridad logística influyen en el precio.

Nota: Precios estimados a Costo Directo + Indirectos (Sin IVA). Pueden variar según el volumen de obra.

Usos Comunes

La subrasante no es exclusiva de las carreteras; es la base de la infraestructura horizontal moderna.

1. Vialidades y Autopistas: Su función primordial es estructural: disipar los esfuerzos verticales generados por el tráfico vehicular antes de que lleguen al terraplén, protegiendo al pavimento de deformaciones.

2. Plataformas para Naves Industriales: En el auge del nearshoring (2025), millones de metros cuadrados de naves industriales se construyen en el norte y bajío. La subrasante bajo los pisos de concreto ("pisos industriales") es vital para soportar cargas de racks y montacargas, evitando grietas en las losas de alta planicidad.

3. Patios de Maniobras y Estacionamientos: Zonas de carga logística donde tráilers realizan giros estáticos (esfuerzos cortantes altos). Una subrasante débil aquí provoca "ahuellamiento" inmediato.

4. Cimentaciones de Vivienda en Masa: En desarrollos habitacionales sobre suelos expansivos, se construye una plataforma de subrasante inerte (tepetate compactado) bajo la losa de cimentación para aislar la estructura de los movimientos del suelo natural.

Errores Frecuentes

La experiencia forense en pavimentos señala que la mayoría de las fallas prematuras tienen su origen en la ejecución de las terracerías.

• Falta de Control de Humedad: Compactar fuera del rango de la humedad óptima (±2%). Si está muy seco, el suelo no se densifica y queda permeable y colapsable. Si está muy húmedo, se genera el fenómeno de "bombeo" o "colchoneo", donde el suelo se deforma elásticamente y se micro-fisura al secarse.

• Espesores de Capa Excesivos: Intentar compactar capas de 40 o 50 cm para "avanzar rápido". La energía de los rodillos convencionales solo es efectiva en los primeros 25-30 cm. El resultado es una capa con densidad falsa: dura arriba, floja abajo.

• Uso de Material Contaminado: Permitir que el operador de la motoconformadora mezcle suelo vegetal o basura con el material de subrasante al perfilar los bordes.

• Deficiencia en el Bombeo: Construir la subrasante totalmente plana (sin pendiente transversal). Si llueve antes de colocar la base, el agua se estanca en el centro, penetra y ablanda el núcleo del terraplén, daño que a veces es invisible hasta que falla el pavimento.

• Compactación sobre Suelo Blando: Intentar compactar la subrasante sobre una capa subyacente que "baila" o se mueve. Es imposible compactar sobre un resorte; la energía se devuelve en lugar de densificar. Se debe sanear la capa inferior primero.

Checklist de Control de Calidad

Herramienta indispensable para el Supervisor de Obra antes de autorizar la siguiente etapa.

• [ ] Topografía y Geometría:

  • Niveles de subrasante coinciden con proyecto (tolerancia +0/-1.5 cm).

  • Ancho de corona completo (incluyendo sobreanchos de compactación).

  • Bombeo transversal verificado (típicamente 2%).

• [ ] Compactación (Laboratorio):

  • Pruebas Proctor (Determinación de PVSM y Humedad Óptima) vigentes para el material en uso.

  • Calas (verificación de grados de compactación) realizadas con frecuencia normativa (ej. 4 por cada 1,000 m2 o cada 200m lineales).

  • Resultado mínimo: 95% o 100% de la PVSM según especificación.

• [ ] Calidad del Material (Muestreo de Banco/Pista):

  • Índice Plástico (IP) dentro de norma (generalmente < 12% para subrasante, o según diseño).

  • Valor Relativo de Soporte (CBR) > 20% (o valor de diseño).

  • Equivalente de Arena (para asegurar limpieza de finos arcillosos en materiales granulares).

  • Expansión controlada.

• [ ] Inspección Visual (Prueba de Rollado):

  • Paso de un camión cargado o el rodillo sin vibrar. No debe observarse deformación plástica visible ni "colchoneo".

  • Superficie cerrada, sin nidos de piedra ni zonas segregadas.

Mantenimiento y Vida Útil

La capa subrasante, por definición, es una capa confinada que no recibe mantenimiento directo durante la vida útil del pavimento, a menos que este se reconstruya totalmente.

• Vida Útil de Diseño: Se diseña para durar lo mismo que la estructura del pavimento o más (20 a 50 años), siempre que se mantenga aislada del medio ambiente.

• La Amenaza del Agua: El "mantenimiento" de la subrasante consiste realmente en mantener la impermeabilidad de la carpeta asfáltica y el funcionamiento de las cunetas y subdrenajes. Si el agua se infiltra a través de grietas en el asfalto, saturará la subrasante. Una subrasante saturada pierde hasta el 80% de su capacidad de carga, provocando la falla catastrófica del pavimento ante el paso de vehículos pesados (baches profundos, hundimientos).

• Intervención Correctiva: Si la subrasante falla, la reparación implica demoler el pavimento, excavar (cajear), sanear la zona afectada (a menudo con pedraplén o estabilización) y reconstruir todas las capas. Es una operación sumamente costosa y disruptiva, lo que subraya la importancia de construirla bien desde el inicio.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

1. ¿Cuál es la diferencia técnica entre "Capa Subyacente" y "Capa Subrasante"? La capa subrasante es la capa superior final de las terracerías (usualmente los últimos 30 cm) y tiene requisitos de calidad muy estrictos (CBR > 20%). La capa subyacente está justo debajo de ella (cuerpo del terraplén) y admite materiales de menor calidad (CBR > 10% o incluso menos), sirviendo como transición económica entre el suelo natural y la subrasante costosa.

2. ¿Puedo usar escombro de demolición para la subrasante? Solo si es escombro de concreto hidráulico limpio, triturado y clasificado, y si el laboratorio certifica que cumple con la granulometría y plasticidad. El escombro con ladrillo, yeso, madera o basura está prohibido por la norma SCT N-CMT-1-01 debido a su degradación y absorción de agua.

3. ¿Qué hago si mi prueba de compactación da 105%? Un valor superior al 100% puede indicar que el material en campo es diferente al usado en la prueba Proctor de laboratorio (mejor calidad o diferente granulometría) o que la prueba de laboratorio se realizó con baja energía. Se recomienda tomar una nueva muestra del material de pista y volver a realizar el Proctor para tener una referencia real ("Proctor de corrección").

4. ¿Es obligatorio usar geotextil debajo de la subrasante? No es obligatorio en todos los casos, pero es altamente recomendable ("buena práctica") cuando se construye sobre suelos naturales finos y saturados (arcillas blandas). El geotextil evita que el suelo malo contamine la subrasante limpia por intrusión, preservando su capacidad estructural.

5. ¿Cómo afecta el clima frío o lluvioso a la construcción? La lluvia impide la compactación adecuada y satura los materiales, obligando a detener la obra y airear el suelo. El frío extremo (heladas) congela el agua en los poros del suelo; al descongelarse, el volumen cambia y la estructura se debilita. No se debe compactar suelo congelado.

Videos Relacionados

Para complementar la comprensión de los procesos descritos, se sugiere consultar material audiovisual técnico disponible en plataformas educativas y profesionales.

Proceso de Compactación de Suelos

Visualización de la operación de rodillos, patrones de traslape y control de humedad en campo.

Conclusión

La capa subrasante es, en última instancia, el cimiento sobre el cual descansa la competitividad logística de México. En 2025, ante un escenario de costos crecientes de materiales y mano de obra, así como una normativa técnica cada vez más exigente orientada a la durabilidad, la improvisación en la construcción de terracerías es un riesgo financiero inaceptable.

La ingeniería de la subrasante ha evolucionado de ser un simple movimiento de tierras a una ciencia precisa que combina la geotecnia avanzada (estabilización química), la gestión logística de alto nivel y el control de calidad riguroso. Para el constructor y el proyectista, el mensaje es claro: invertir en la calidad de la subrasante —ya sea mediante materiales seleccionados, estabilización adecuada o procesos de compactación perfectos— es la estrategia más rentable a largo plazo. Una carpeta asfáltica puede reemplazarse en una noche, pero reparar una subrasante fallida implica detener el tráfico y reconstruir la vía desde sus entrañas. La excelencia en la capa subrasante no es un lujo, es la garantía de permanencia de la obra pública.

Glosario de Términos

• Acamellonar: Acción de formar hileras longitudinales de material (camellones) con la motoconformadora para medir volúmenes, facilitar el mezclado o exponer el material al sol.

• Banco de Material: Yacimiento natural autorizado del cual se extraen suelos, rocas o áridos para la construcción.

• Bombeo (Geometría): Pendiente transversal que se da a la carretera (del centro a los bordes) para escurrir el agua de lluvia. Típicamente 2%.

• CBR (California Bearing Ratio): Valor Relativo de Soporte. Ensayo que mide la resistencia al esfuerzo cortante de un suelo bajo condiciones controladas de densidad y humedad, comparándolo con un estándar de roca triturada (100%).

• Escarificar: Acción de rasgar superficialmente el suelo compactado utilizando los dientes (rippers) de la motoconformadora para aflojarlo, airearlo o mezclarlo.

• FSR (Factor de Salario Real): Coeficiente que se aplica al salario nominal del trabajador para incluir prestaciones, IMSS, Infonavit e impuestos, reflejando el costo real para el empleador.

• PVSM (Peso Volumétrico Seco Máximo): La densidad máxima teórica que un suelo puede alcanzar bajo una energía de compactación específica a su humedad óptima.

• Sangrado: Fenómeno donde el agua libre brota a la superficie de una capa durante la compactación, indicando saturación excesiva e inestabilidad.

• Terracerías: Conjunto de obras de movimiento de tierras (desmonte, cortes, terraplenes) que modifican la topografía natural para alojar la estructura del pavimento.