Evaluación Mecánica de un Material Granular Marginal (MGM1) Estabilizado con un Cemento Álcali-Activado Binario, a Base de Ceniza de Cascarilla de Arroz e Hidróxido de Calcio

Abstract

Este estudio evaluó el comportamiento mecánico de un material granular marginal (MGM) estabilizado con un cemento álcali-activado (CAA) binario, elaborado a partir de ceniza de cascarilla de arroz (CCA), hidróxido de calcio (i.e., cal comercial, CC) e hidróxido de sodio (NaOH), con el propósito de determinar la condición óptima de dosificación del CAA que maximiza la resistencia a la compresión inconfinada (RCI) del MGM y, posteriormente, analizar su potencial de aplicación en vías de bajo volumen de tránsito (VBVT). La investigación se desarrolló con un enfoque experimental, empleando la metodología de superficie de respuesta (MSR) para el diseño y la optimización de la mezcla de probetas compactadas estáticamente con diferentes combinaciones de NaOH (contenido de álcalis, %Na2O) y proporciones entre CC y CCA (relación CC/(CC+CCA)), evaluando su RCI tras 7 días de curado. Posteriormente, mediante el análisis de la varianza (ANOVA) se verificó la significancia estadística de los efectos (lineal, cuadrático y de interacción) de los factores controlables sobre la variable de respuesta (i.e., la RCI), su ajuste a una ecuación de regresión multivariable y posteriormente se obtuvo, mediante el método de la función de deseabilidad, la dosificación del CAA necesaria para optimizar la RCI del MGM estabilizado. Los resultados muestran que los efectos cuadráticos puros del %Na2O y de la relación CC/(CC+CCA) son los que determinan la resistencia mecánica del material, por lo que los efectos lineales y de interacción no resultaron significativos en el dominio experimental evaluado. La optimización de la ecuación de regresión cuadrática ajustada determinó un %Na2O del 4.7 % y una relación CC/(CC+CCA) del 30.4 % que otorgan la RCI máxima estimada de 5.93 MPa; dicha predicción fue validada experimentalmente mediante ensayos adicionales sobre probetas elaboradas con la dosificación óptima, obteniéndose una resistencia de 6.02 MPa ± 0.334 MPa. En consecuencia, la RCI de la mezcla optimizada MGM-CAA supera ampliamente la resistencia del MGM en condiciones naturales y la del MGM estabilizado con cemento Portland. El estudio concluye que la estabilización alternativa del MGM cumple con los requerimientos normativos en cuanto a resistencia (tras 7 días de curado) para la construcción de pavimentos de VBVT, específicamente para su uso como material estabilizado en la conformación de subrasantes (capas de fundación) y de capas estabilizadas, tanto estructurales como no estructurales, contempladas en el alcance de la normativa colombiana para la estabilización de suelos con productos químicos no tradicionales. No obstante, estos resultados deben complementarse con estudios a mayores edades de curado, de durabilidad, de comportamiento bajo otros estados de esfuerzo y de viabilidad técnico-económica-ambiental para validar su aplicación a escala real.