Análisis comparativo de la estabilización de suelos derivados de ceniza volcánica con cal, ceniza de fondo y estabilizante comercial

Comparative analysis of volcanic ash-derived soil stabilization using lime, brick slag ash, and a commercial stabilizer

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Abstract (es)

Objetivo: evaluar el comportamiento de suelos derivados de cenizas volcánicas del departamento del Cauca (Colombia) mediante su estabilización con tres materiales: cal, ceniza de escoria de ladrillo (CEL) y un estabilizante comercial a base de sodio y calcio, y analizar su efecto en la plasticidad y la resistencia a la compresión inconfinada. Metodología: se emplearon tres muestras de suelo con alta plasticidad y susceptibilidad a la humedad. Las muestras fueron tratadas con distintos porcentajes de estabilizantes: cal (3 %, 5 % y 7 %), ceniza de escoria de ladrillo (15%, 20 % y 25 %) y estabilizante comercial (15 %, 18 % y 21 %). Posteriormente, se realizaron ensayos de límites de Atterberg y compresión inconfinada tras períodos de curado de 1, 7, 14 y 28 días, evaluando tanto el estado seco como el estado de saturación. Resultados: los tres estabilizantes lograron reducir la plasticidad de los suelos entre un 5 % y un 80 %, con incrementos en la resistencia a la compresión inconfinada de hasta ocho veces en estado seco. Sin embargo, los tratamientos con cal y con el estabilizante comercial presentaron variaciones abruptas en sus valores de resistencia entre dosificaciones.
Conclusiones: en estado seco, tanto la ceniza de escoria de ladrillo como el estabilizante comercial pueden considerarse alternativas viables para incrementar la resistencia y reducir la plasticidad en suelos derivados de cenizas volcánicas. No obstante, su desempeño bajo saturación fue limitado, lo que representa una restricción importante en contextos viales expuestos a alta humedad.La cal, en especial al 7 %, fue el único estabilizante que mantuvo resistencia en condición saturada. Sin embargo, mostró comportamientos inestables asociados a la formación de minerales expansivos en suelos con alto contenido de sulfatos. Se recomienda continuar con investigaciones orientadas a optimizar el uso de la ceniza de escoria de ladrillo como alternativa sostenible y de bajo costo, y aplicar un control riguroso en la dosificación de estabilizantes cálcicos para minimizar riesgos de expansión y deterioro a largo plazo.

Abstract (en)

Objective: To evaluate the behavior of soils derived from volcanic ash in the department of Cauca (Colombia) through stabilization with three materials: lime, brick slag ash, and a commercial sodium- and calcium-based stabilizer, and to analyze their effect on plasticity and unconfined compressive strength.
Methodology: Three soil samples with high plasticity and moisture susceptibility were treated with different stabilizer percentages: lime (3%, 5%, and 7%), brick slag ash (15%, 20%, and 25%), and commercial stabilizer (15%, 18%, and 21%). Atterberg limits and unconfined compressive strength tests were performed after curing periods of 1, 7, 14, and 28 days, under both dry and saturated conditions.
Results: All three stabilizers reduced soil plasticity between 5% and 80%, with increases in unconfined compressive strength of up to eight times under dry conditions. However, treatments with lime and the commercial stabilizer exhibited abrupt variations in their strength values across dosages. Conclusions: Under dry conditions, both brick slag ash and the commercial stabilizer can be considered viable alternatives to increase strength and reduce plasticity in volcanic ash soils. However, their performance under saturation was limited, which poses an important restriction in road contexts exposed to high moisture. Lime, particularly at 7%, was the only stabilizer that maintained strength under saturated conditions, although it showed unstable behavior due to the formation of expansive minerals in sulfate-rich soils. Further research is recommended to optimize the use of brick slag ash as a sustainable and lowcost alternative, and to apply strict dosage control of calcium-based stabilizers to minimize risks of expansion and long-term deterioration.