Recibido: 30/07/2026
Aceptado: 21/09/2026
https://revistas.unj.edu.pe/index.php/pakamuros
119
Volumen 14, Número 3, Julio - Setiembre, 2026, Páginas 119 al 138
DOI: https://doi.org/10.37787/k16vaa04
ARTÍCULO ORIGINAL
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los
suelos arcillosos
The effect of calcium hydroxide and nanosilica on the physical and mechanical properties of
clay soils
Jorge Trigoso
1 *
RESUMEN
Los suelos arcillosos presentan baja capacidad portante, alta sensibilidad al agua y limitada resistencia
mecánica, condiciones que restringen su uso en infraestructura vial. En este contexto, el hidróxido de
calcio y la nanosílice representan alternativas de estabilización química por su capacidad de modificar
la matriz arcillosa y favorecer la formación de compuestos cementantes. El presente estudio tuvo como
objetivo evaluar el efecto del hidróxido de calcio y la nanosílice en las propiedades físicas y mecánicas
de suelos arcillosos de Lambayeque. Se realizaron tres calicatas en el sector Pampa El Toro, distrito de
Tumán, provincia de Chiclayo, seleccionándose el suelo más desfavorable para los ensayos. Se
elaboraron mezclas con 3.00%, 5.00% y 9.00% de hidróxido de calcio, así como combinaciones de
9.00% de hidróxido de calcio con 2.00%, 5.00% y 7.00% de nanosílice. Las muestras fueron evaluadas
mediante Proctor modificado, CBR y compresión no confinada. La mezcla 9CH:5NS presentó el mejor
desempeño, con CBR de 17.70% y 21.50% al 95% y 100% de compactación, respectivamente, y una
resistencia de 13.50 kg/cm² a 28 días. El análisis estadístico confirmó mejoras significativas,
evidenciando su viabilidad como alternativa para estabilización de subrasantes en condiciones arcillosas
locales con potencial aplicación en proyectos viales regionales sostenibles.
Palabras clave: Estabilización, hidróxido de calcio, nanosílice, suelos arcillosos
ABSTRACT
Clay soils have low bearing capacity, high sensitivity to wáter and limited mechanical strength,
conditions which restrict their use in road infrastructure. In this context, calcium hydroxide and
nanosilica represent alternatives for chemical stabilisation due to their ability to modify the clay matrix
and promote the formation of cementitious compounds. The aim of this study was to evaluate the effect
of calcium hydroxide and nanosilica on the physical and mechanical properties of clay soils from
Lambayeque. Three test pits were excavated in the Pampa El Toro area, Tumán district, Chiclayo
province, and the least favourable soil was selected for the tests. Mixtures were prepared containing
3.00%, 5.00% and 9.00% calcium hydroxide, as well as combinations of 9.00% calcium hydroxide with
2.00%, 5.00% and 7.00% nanosilica. The samples were evaluated using the modified Proctor test, CBR
and unconfined compression tests. The 9CH:5NS mixture performed best, with CBR values of 17.70%
and 21.50% at 95% and 100% compaction, respectively, and a strength of 13.50 kg/cm² at 28 days. The
statistical analysis confirmed significant improvements, demonstrating its viability as an alternative for
sub-base stabilisation in local clayey conditions, with potential application in sustainable regional road
projects.
Keywords: Stabilisation, calcium hydroxide, nanosilica, clay soils
*
Autor para correspondencia
1
Universidad Cesar Vallejo de Chiclayo, Perú. Email:
jtrigosoec@ucvvirtual.edu.pe
Trigoso
120
INTRODUCCIÓN
La ingeniería geotécnica continuó avanzando en respuesta a las crecientes demandas de
la infraestructura moderna, debido a que los proyectos aumentaron en escala y complejidad; por
ello, la mejora de los suelos naturales se volvió esencial para garantizar estabilidad estructural,
durabilidad y capacidad de carga
(Diab et al., 2026). Asimismo, la arcilla presentó dificultades
por su capacidad de retener agua, su comportamiento cohesivo y sus limitaciones en resistencia
mecánica, permeabilidad, compresibilidad, tenacidad y plasticidad
(Safi & Singh, 2022). En
infraestructura vial, el tratamiento adecuado del suelo permitió prevenir erosión, asentamiento
e inestabilidad; además, prolongó la vida útil de las carreteras y redujo los costos de
mantenimiento (Khajeh et al., 2023). Por ello, la mejora del suelo buscó incrementar la
resistencia al corte y la capacidad de soporte; asimismo, permitió minimizar la compresibilidad,
los asentamientos y la susceptibilidad al lavado de partículas finas
(Roshan et al., 2022).
La estabilización de suelos se presentó como una respuesta técnica orientada a mejorar
el comportamiento de los materiales arcillosos. Los aditivos como el hidróxido de calcio (CH)
o también llamado cal, por sus efectos puzolánicos, reaccionaron con los minerales arcillosos y
produjeron mejoras en la resistencia del suelo y en la estabilidad volumétrica
(Poyraz, 2026).
En esa línea, el CH se consideró como un material relevante para mejorar el comportamiento
del suelo, debido a sus características que lo hacen favorable como estabilizante
(Utkarsh &
Jain, 2024)
. Ahora bien, Babanas y Courcelles (2025), detallaron que, el ambiente alcalino (pH
≥ 12,4), mantenido por la CH, disuelve la sílice y la alúmina de los bordes de las partículas de
arcilla, lo que desencadena reacciones puzolánicas que producen compuestos cementantes como
el silicato de calcio hidratado y el aluminato de calcio hidratado. Por otro lado, Diniz et al.
(2024), informaron que, el CH presentó un 0.70% de humedad y una masa específica de 0.40
g/cm³, lo que mostró un producto ligero y de reactividad importante. En el análisis
granulométrico, no retuvo material en el tamiz N.° 28 y solo retuvo 0.21% en el tamiz N.° 200,
confirmando una fineza muy alta; en conjunto, estos resultados describieron un CH de buena
pureza y adecuada calidad para su uso en aplicaciones de estabilización.
Asimismo, la nanosílice (NS) adquirió relevancia dentro del mejoramiento de suelos
porque su composición química estuvo conformada principalmente por SiO₂ en un 99,35 %, lo
que explicó su interés en procesos asociados a materiales cálcicos
(Praveen Kumar & Dey,
2023)
. Cao et al. (2023), indicaron que este material presentó un diámetro medio de grano de
20 nm, pureza igual o superior a 99.8%, área específica de 200 m²/g, densidad aparente de 0.05
gr/cm³, color blanco y forma de polvo granular esférico. De manera complementaria, Farjad et
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
121
al. (2025), reportaron una composición con 99.90% de SiO₂, además de proporciones menores
de Al₂O₃, CaO, Fe₂O₃, MgO, Na₂O y K₂O. Estas características permitieron comprender que su
elevada pureza, finura y composición rica en sílice pudieron favorecer su interacción dentro de
matrices estabilizadas. En este contexto, el desarrollo de materiales alternativos se ha convertido
en una prioridad para responder a las exigencias de la economía circular y a los Objetivos de
Desarrollo Sostenible relacionados con producción responsable e innovación en infraestructura
(Bonilla Bances et al., 2026).
Diversos estudios han mostrado que el uso del CH y NS mejora las propiedades físicas
y mecánicas del suelo, tal como lo muestran, Novianto y Rochman (2023), quienes evaluaron
el uso de cal en proporciones de 5.00%, 10.00%, 15.00% y 20.00% respecto al peso seco del
suelo, determinando que la adición de 5.00% incrementó la máxima densidad seca (MDS) de
1.697 g/cm³ a 1.775 g/cm³, lo que evidenció una mejora en el comportamiento de compactación.
Asimismo, Sudjianto et al.
(2025), analizaron el efecto del CH en proporciones de 0.00%,
5.00%, 10.00%, 15.00% y 20.00%, reportando que el suelo natural presentó una MDS de 1.180
g/cm³ y un óptimo contenido de humedad (OCH) de 26.50%, mientras que con 20.00% de cal
alcanzó una MDS de 1.315 g/cm³ y un OCH de 25.67%.
Por otro lado, Tang et al. (2023), evaluaron contenidos de cal hidratada de 3.00%, 6.00%
y 9.00%, observando que con 9.00% de cal el OCH aumentó de 9.20% a 10.90%, mientras que
la MDS disminuyó de 2.13 g/cm³ a 2.07 g/cm³. Además, el índice de capacidad portante (CBR)
presentó un incremento de 215.00%, confirmando la eficiencia del CH para mejorar la capacidad
portante del suelo. Del mismo modo, Waleed y Alshawmar
(2025), evaluaron el efecto de la
sílice en proporciones entre 3.00% y 12.00%, evidenciando que los estabilizadores
disminuyeron la MDS, aumentaron el OCH y mejoraron la resistencia a la compresión no
confinada (UCS) en 77.00% con 12.00% de sílice después de 28 días de curado.
En el contexto peruano, Chicaña (2022), analizó el comportamiento de un suelo arcilloso
estabilizado con 1.00% y 2.00% de NS, demostrando que la adición de 2.00% incrementó ocho
veces la UCS y quince veces el CBR al 95.00% de la MDS, en comparación con el suelo natural.
Estos hallazgos confirman la viabilidad técnica del CH y la NS como estabilizantes para mejorar
las propiedades físicas y mecánicas de suelos arcillosos.
En ese sentido, la presente investigación propone evaluar el efecto del hidróxido de
calcio y la nanosílice en las propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos de
Lambayeque, con el objetivo de determinar su influencia en la máxima densidad seca, el óptimo
contenido de humedad, el índice de capacidad portante y la resistencia a la compresión no
Trigoso
122
confinada. De esta manera, se busca aportar evidencia científica que respalde el uso de estos
estabilizantes como alternativa técnica para mejorar el comportamiento geotécnico de suelos
arcillosos, contribuyendo al desarrollo de soluciones sostenibles y eficientes en obras de
infraestructura vial y geotecnia aplicada.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
Suelo
Se excavaron tres calicatas a cielo abierto en el sector Pampa El Toro, distrito de Tumán,
provincia de Chiclayo, región Lambayeque, Perú, ubicadas geográficamente en las coordenadas
6°44'25.5"S y 79°41'48.0"W. Las muestras alteradas se extrajeron a una profundidad constante
de 1.50 m. Tras la caracterización geotécnica completa en el laboratorio, se aplicó un criterio de
selección riguroso enfocado en identificar el perfil de suelo más crítico y desfavorable para fines
de pavimentación. La muestra de la Calicata C-02 fue seleccionada como el suelo patrón para
la fase experimental debido a que registró el mayor Índice de Plasticidad (𝐼𝑃=20%), el mayor
contenido de finos que pasan el tamiz N° 200 (76.4%), la menor Densidad Máxima Seca (𝑀𝐷𝑆
=1.856g/cm3) y las propiedades de soporte más deficientes (𝐶𝐵𝑅=3.0%al 95% de la MDS).
Las propiedades iniciales de las tres calicatas se detallan en la Tabla 1
Tabla 1
Características físicas y mecánicas del suelo natural
Prueba
Características
Resultados
C-1
C-2
C-3
Profundidad (m)
1.50 m
Distribución del tamaño
de grano
Grava mayor a 4.75 mm (%)
0.9
0.2
0.2
Arena 0.075–4.75 mm (%)
49.3
23.3
32.1
Fino menor 0.075 mm (%)
49.8
76.4
67.6
Tipo de suelo
Clasificación (SUCS)
SM
CL
CL
Clasificación (AASHTO)
A-4
A-6
A-6
Límites de Atterberg
Límite líquido (%)
32
40
38
Límite plástico (%)
24
20
24
Pruebas de
compactación
Densidad máxima seca
(gr/cm
3
)
1.941
1.856
1.891
Contenido de humedad óptimo
(%)
12.74
13.39
13.44
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
123
Prueba de resistencia
Índice de soporte de California
al 95% MDS (%)
11.5
3.0
5.2
Índice de soporte de California
al 100% MDS (%)
13.5
4.8
6.3
UCS a los 7 días
-
7.80
-
UCS a los 14 días
-
8.90
-
UCS a los 28 días
-
9.74
-
Nota. Datos obtenidos de ensayos de laboratorio
Nanosílice
La nanosílice utilizada fue el producto GAIA Nanosílice, tal como se muestra en la
Figura 1, suministrado por la empresa ULMEN S.A. – Aditivos para Concreto, ubicada en Villa
El Salvador, Lima, Perú. Este aditivo se presentó como suspensión coloidal y fue seleccionado
por su potencial reactivo en presencia de materiales cálcicos. El producto fue almacenado en
recipientes herméticos, a temperatura controlada y protegido de la luz directa. Además, la
nanosílice fue sometida a análisis químico de caracterización, de acuerdo con la norma ASTM
E1621-16, con el fin de identificar su composición elemental y validar su adecuación técnica en
el proceso de estabilización.
Figura 1
Nanosílice utilizado en la investigación
Trigoso
124
Hidróxido de calcio
El hidróxido de calcio utilizado fue adquirido de un proveedor comercial certificado y
empleado como estabilizante químico del suelo arcilloso. Su incorporación se consideró debido
a su capacidad para generar un medio alcalino favorable para las reacciones de estabilización,
especialmente en presencia de materiales silíceos.
EL hidróxido de Calcio (CH): Suministrado en forma de polvo fino blanco e inodoro,
con una densidad de2.24g/mL y una finura donde el 98% de las partículas son menores a 90
micras. Su carácter fuertemente alcalino (𝑝𝐻=12.4) asegura la disolución de los compuestos
silíceos del suelo arcilloso.
Métodos
La metodología empleada en esta investigación se desarrolló en tres fases, tal como se
muestra en la Figura 2. La primera fase correspondió a la recolección y preparación del suelo
arcilloso, la cual incluyó la extracción del material en Lambayeque, su traslado al laboratorio,
secado, disgregado, tamizado y homogenización, con la finalidad de obtener el suelo patrón para
la evaluación experimental. En la segunda fase se realizó la estabilización y evaluación
experimental del suelo. Para ello, se prepararon mezclas con hidróxido de calcio en proporciones
de 3.00%, 5.00% y 9.00% respecto al peso seco del suelo. Posteriormente, se ejecutaron los
ensayos físicos y mecánicos, y a partir de estos resultados, se identificó la dosificación con
mejor desempeño inicial, la cual fue combinada con nanosílice en proporciones de 2.00%,
5.00% y 7.00%.
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
125
Figura 2
Diagrama de flujo de la investigación
Diseño Experimental y Distribución de la Muestra
La investigación adoptó un diseño experimental y enfoque cuantitativo. Para asegurar la
validez de las tendencias físicas y mecánicas evaluadas, se preparó un total de 46 unidades
experimentales (especímenes). Estas muestras se dividieron en 7 grupos de tratamiento
específicos, elaborando 3 réplicas exactas para cada ensayo de propiedades mecánicas y
durabilidad, tal como se describe en la nomenclatura de la Tabla 2.
Tabla 2
Nomenclatura, descripción de las mezclas y distribución de las unidades experimentales
Grupo
Nomenclatura
Descripción del
Tratamiento
Proctor
Modif.
(Ensayos)
Réplicas CBR
(Especímenes)
Réplicas UCS
(Especímenes)
Durabilidad
Humedad-
Secado
G0
US
Suelo Arcilloso
Natural (Control)
1
3
3
6
G1
3CH
Suelo + 3.00%
Hidróxido de Calcio
1
3
-
-
G2
5CH
Suelo + 5.00%
Hidróxido de Calcio
1
3
-
-
G3
9CH
Suelo + 9.00%
Hidróxido de Calcio
(Dosis Óptima)
1
3
-
-
Trigoso
126
G4
9CH:2NS
Suelo + 9% Cal +
2.00% Nanosilice
Líquida
1
3
-
-
G5
9CH:5NS
Suelo + 9% Cal +
5.00% Nanosilice
(Mezcla Óptima)
1
3
3
6
G6
9CH:7NS
Suelo + 9% Cal +
7.00% Nanosilice
Líquida
1
3
-
-
SUBTOTAL
7
21
6
12
TOTAL
46 unidades
Experimentales
Finalmente, en la tercera fase se efectuó el análisis e interpretación de resultados. Esta
etapa incluyó una evaluación complementaria mediante el ensayo de UCS, considerando el
suelo patrón y la mezcla óptima. Los resultados fueron registrados, procesados y comparados,
con la finalidad de determinar la influencia del hidróxido de calcio y la nanosílice en las
propiedades físicas y mecánicas del suelo arcilloso.
Ensayo Proctor modificado
Según ASTM D1557 [43], el ensayo Proctor modificado se realizó con la finalidad de
determinar la MDS y el OCH del suelo natural y de las mezclas estabilizadas. Estos parámetros
permitieron evaluar la influencia del cemento, hidróxido de calcio y nanosílice en el
comportamiento de compactación del suelo arcilloso.
Ensayo CBR
Según la Norma ASTM D1883 [44] , el CBR se determinó en muestras compactadas al
95% y 100% de la máxima densidad seca. Este ensayo permitió evaluar la resistencia del suelo
natural y estabilizado frente a esfuerzos de penetración, considerando su posible aplicación
como material de subrasante en obras de infraestructura vial.
Ensayo de compresión no confinada
Según la Norma ASTM D2166 [45], la UCS se evaluó en el suelo natural y en la mezcla
estabilizada de mejor desempeño. Las probetas fueron ensayadas a diferentes edades de curado,
con el objetivo de analizar la evolución de la resistencia mecánica generada por la acción de los
estabilizantes en la matriz arcillosa.
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
127
RESULTADOS
Propiedades físicas del hidróxido de calcio
El hidróxido de calcio empleado en este estudio como se muestra en la Figura 3 se
caracterizó por presentar un aspecto de polvo blanco, seco e inodoro, con una alta finura, ya que
el 98% de las partículas fueron menores a 90 micras, lo que favorece su dispersión en la matriz
del suelo. Su densidad fue de 2.24 g/mL y la densidad a granel de 340 kg/m³, valores que indican
una baja compactación del material en estado suelto. Asimismo, mostró una solubilidad de 1.6
g/L a 10 °C, comportamiento típico de este compuesto. En cuanto a su estabilidad térmica, la
temperatura de descomposición fue de 580 °C, proceso en el cual se forma óxido de calcio y
agua. Además, el pH de su solución saturada a 25 °C fue de 12.4, confirmando su carácter
altamente alcalino.
Figura 3
Hidróxido de calcio utilizado en la investigación
Propiedades físicas y químicas del nanosílice
La nanosílice utilizada en la investigación como se muestra en la Figura 4 presentó una
apariencia líquida, de color café claro, con una densidad de 1.03 ± 0.02 g/mL, características
que evidencian su presentación como aditivo disperso y de fácil incorporación en la mezcla
suelo-estabilizante. Esta condición favorece su distribución homogénea dentro de la matriz
arcillosa, permitiendo una mejor interacción con las partículas del suelo y con los demás
componentes empleados en el proceso de estabilización.
Trigoso
128
Figura 4
Nanosilice líquida (GAIA) en suspensión coloidal utilizada en
la experimentación.
Nota: La imagen del aditivo líquido de consistencia coloidal
y color café claro corresponde a la Nanosilice empleada
para interactuar homogéneamente con la matriz del suelo.
El espectro de la Figura 4 evidenció la presencia predominante de silicio (Si), elemento
característico de la nanosílice. Asimismo, se identificaron señales asociadas a calcio (Ca), zinc
(Zn), argón (Ar) y oro (Au). La presencia de Au se atribuye al recubrimiento metálico utilizado
durante la preparación de la muestra para el análisis instrumental, mientras que las señales
adicionales pueden estar relacionadas con trazas del material analizado o con el procedimiento
de medición. En conjunto, estos resultados confirman la naturaleza silícea del aditivo empleado
y respaldan su incorporación como material estabilizante en suelos arcillosos.
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
129
Figura 5
Espectro de FRXDE de una muestra de nanosílice en escala semilogarítmica. Incluye el pico de Ar del
aire y los picos de rayos-X de Au primarios dispersados por la muestra. La curva en azul muestra el
espectro simulado
Propiedades físicas y mecánicas del suelo natural y estabilizado
En la tabla 3 se muestra la variación de la máxima densidad seca (MDS) y del óptimo
contenido de humedad (OCH) de los diseños de muestra. El suelo natural presentó una MDS de
1.856 g/cm³ y un OCH de 13.40%. Con la incorporación de hidróxido de calcio, la MDS
disminuyó hasta 1.773 g/cm³ en la mezcla 9CH, equivalente a una reducción de 4.47% respecto
al suelo natural; mientras que el OCH aumentó hasta 19.40%, representando un incremento de
44.78% respecto al suelo natural. Sin embargo, con la incorporación de nanosílice, la MDS
aumentó hasta 1.896 g/cm³ en la mezcla 9CH:2NS, equivalente a un incremento de 2.16%
respecto al suelo natural. Asimismo, las mezclas 9CH:5NS y 9CH:7NS alcanzaron valores de
1.889 g/cm³ y 1.872 g/cm³, representando incrementos de 1.78% y 0.86% respecto al suelo
natural. En cuanto al OCH, las mezclas con nanosílice presentaron valores entre 14.60% y
16.20%, equivalentes a incrementos entre 8.96% y 20.90% respecto al suelo natural.
Trigoso
130
Tabla 3
Resumen de propiedades mecánicas y ensayos normativos de la muestra estabilizada (Calicata C-02)
Tratamiento
MDS (g/cm3)
OCH
(%)
CBR al 95%
MDS (%)
CBR al 100%
MDS (%)
Expansión Máxima
CBR (%)
US (Natural)
1.856
13.40
3.00
4.80
2.37
3CH
1.849
14.10
4.60
6.80
-
5CH
1.793
18.20
8.60
12.00
-
9CH
1.773
19.40
15.30
19.00
1.43
9CH:2NS
1.896
14.60
16.00
20.00
1.59
9CH:5NS
(Óptimo)
1.889
16.00
17.70
21.50
1.38
9CH:7NS
1.872
16.20
14.40
17.00
1.60
Asimismo, se realizó un análisis estadístico ANOVA con la finalidad de establecer la
existencia de diferencias significativas entre los valores de MDS y OCH. Para la MDS, se
determinó que no existen diferencias significativas entre los diseños evaluados (p=0.0621;
F=2.6534), mientras que para el OCH sí se evidenciaron diferencias significativas (p=0.0021;
F=6.3930). La prueba de comparación de medias mostró que las mezclas 5CH y 9CH
presentaron diferencias significativas respecto al suelo natural, mientras que las mezclas
combinadas con nanosílice no presentaron diferencias significativas frente al US.
Figura 6
Proctor modificado del suelo arcilloso natural y suelo estabilizado
1.856
1.849
1.793
1.773
1.896
1.889
1.872
13.4
14.1
18.2
19.4
14.6
16
16.2
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
1.74
1.76
1.78
1.80
1.82
1.84
1.86
1.88
1.90
1.92
1.94
US 3CH 5CH 9CH 9CH:2NS 9CH:5NS 9CH:7NS
OCH (%)
MDS (gr/cm³)
Diseños de muestras
MDS (gr/cm³)
OCH (%)
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
131
La Figura 6 muestra los valores de CBR al 95% y 100% de compactación de los diseños
demuestra. El suelo natural presentó valores de 3.00% y 4.80%, respectivamente. Con la
incorporación de 3CH, los valores aumentaron a 4.60% y 6.80%, equivalentes a incrementos de
53.33% y 41.67% respecto al suelo natural. Para la mezcla 5CH, el CBR alcanzó 8.60% al 95%
y 12.00% al 100%, con incrementos de 186.67% y 150.00% respecto al suelo natural.
Asimismo, la mezcla 9CH presentó valores de 15.30% y 19.00%, lo que representa incrementos
de 410.00% y 295.83% respecto al suelo natural.
Con la incorporación de nanosílice, los mayores valores se obtuvieron en la mezcla 9CH:5NS,
con 17.70% de CBR al 95% y 21.50% de CBR al 100%, equivalentes a incrementos de 490.00%
y 347.92% respecto al suelo natural. Sin embargo, al aumentar la nanosílice a 7NS, los valores
disminuyeron a 14.40% y 17.00%; no obstante, estos aún representaron incrementos de
380.00% y 254.17% respecto al suelo natural. El análisis ANOVA determinó diferencias
significativas tanto para el CBR al 95% (p=8.03E-11; F=104.8471) como para el CBR al 100%
(p=3.89E-09; F=58.9683). La comparación de medias evidenció que no hubo diferencias
significativas entre US y 3CH, pero sí desde 5CH hasta las mezclas combinadas con nanosílice.
Figura 7
Índice de capacidad portante del suelo arcilloso natural y suelo estabilizado
3
4.6
8.6
15.3
16
17.7
14.4
4.8
6.8
12
19
20
21.5
17
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
14.00
16.00
18.00
20.00
US 3CH 5CH 9CH 9CH:2NS 9CH:5NS 9CH:7NS
CBR 100%
CBR 95%
Diseños de muestras
CBR 95%
CBR 100%
Trigoso
132
La Figura 7 muestra la resistencia a la compresión no confinada (UCS) del suelo natural
y de la mezcla con mejor desempeño, correspondiente a 9CH:5NS. El suelo natural presentó
valores de 7.80 kg/cm², 8.90 kg/cm² y 9.70 kg/cm² a los 7, 14 y 28 días, respectivamente. Por
su parte, la mezcla 9CH:5NS alcanzó valores de 11.20 kg/cm², 12.20 kg/cm² y 13.50 kg/cm²
para las mismas edades de curado. Estos resultados representan incrementos de 43.59%, 37.08%
y 39.18% respecto al suelo natural, evidenciando una mejora progresiva de la resistencia
mecánica del suelo arcilloso estabilizado.
Asimismo, se realizó un análisis estadístico ANOVA para determinar la existencia de
diferencias significativas entre el suelo natural y la mezcla 9CH:5NS, determinándose que sí
existen diferencias significativas en los valores de UCS (p=8.15E-06; F=197.1071). Estos
resultados confirman que la combinación de hidróxido de calcio y nanosílice mejora
significativamente la resistencia a la compresión no confinada, siendo la mezcla 9CH:5NS la de
mejor desempeño mecánico entre los diseños evaluados.
Figura 8
Resistencia a la compresión no confinada del suelo arcilloso natural y suelo estabilizado
La Figura 8 muestra la resistencia a la compresión no confinada (UCS) del suelo natural
y de la mezcla con mejor desempeño, correspondiente a 9CH:5NS. El suelo natural presentó
valores de 7.80 kg/cm², 8.90 kg/cm² y 9.70 kg/cm² a los 7, 14 y 28 días, respectivamente. Por
su parte, la mezcla 9CH:5NS alcanzó valores de 11.20 kg/cm², 12.20 kg/cm² y 13.50 kg/cm²
para las mismas edades de curado. Estos resultados representan incrementos de 43.59%, 37.08%
7.8
11.2
8.9
12.2
9.7
13.5
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
US 9CH:5NS
UCS (Kg/cm
2
)
Diseños de muestra
7 Días 14 Días
28 Días
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
133
y 39.18% respecto al suelo natural, evidenciando una mejora progresiva de la resistencia
mecánica del suelo arcilloso estabilizado.
Asimismo, se realizó un análisis estadístico ANOVA para determinar la existencia de
diferencias significativas entre el suelo natural y la mezcla 9CH:5NS, determinándose que sí
existen diferencias significativas en los valores de UCS (p=8.15E-06; F=197.1071). Estos
resultados confirman que la combinación de hidróxido de calcio y nanosílice mejora
significativamente la resistencia a la compresión no confinada, siendo la mezcla 9CH:5NS la de
mejor desempeño mecánico entre los diseños evaluados.
Ensayos de Resistencia Axial y Durabilidad Ambiental
El comportamiento mecánico a la rotura por compresión simple (UCS) y la durabilidad
a largo plazo después de 5 ciclos severos de humedecimiento y secado evidenciaron un
incremento sustancial en el desempeño de la mezcla óptima 9CH:5NS en comparación con el
suelo natural patrón, tal como se tabula a continuación en la Tabla 4.
Tabla 4
Evolución de la resistencia mecánica UCS y durabilidad por ciclos ambientales
Condición de la
Muestra
UCS - 7 días
(kg/cm
𝟐
)
UCS - 14 días
(kg/cm2)
UCS - 28 días
(kg/cm2)
Resistencia Media
Post-Ciclos (kg/cm2)
Expansión Final
Colapso (%)
Suelo Natural
(US)
7.80
8.90
9.74
3.90
24.31
Mezcla Óptima
(9CH:5NS)
11.17
12.17
13.50
7.37
16.79
Variación
Porcentual (%)
+43.2%
+36.7%
+38.6%
+89.7%
-30.9%
DISCUSIÓN
Los resultados experimentales demuestran que la adición combinada de hidróxido de
calcio y nanosílice coloidal modifica sustancialmente el comportamiento plástico, portante y
estructural del suelo arcilloso crítico de Lambayeque (Calicata C-02). Al evaluar la variación
plástica, se determinó que la dosificación de 9% de CH reduce el Índice de Plasticidad de 20%
a 4%, lo cual representa una caída del 80% de la susceptibilidad plástica inicial. Este fenómeno
se asocia directamente con la teoría de Babanas y Courcelles (2025), quienes argumentan que
un medio fuertemente alcalino (𝑝𝐻≥12.4), provisto por el hidróxido de calcio, promueve la
disolución inmediata de la sílice y la alúmina en las partículas de arcilla, activando reacciones
de cementación a largo plazo.
En lo que respecta a las características de compactación, la reducción de la MDS inicial
experimentada en las fases puras de cal (1.773g/cm3 con 9CH) concuerda con lo reportado por
Trigoso
134
Tang et al. (2023) y Chavez et al. (2024), donde el intercambio catiónico genera aglomeraciones
granulares que demandan mayor contenido de agua (incremento del OCH de 13.40% a 19.40%).
No obstante, la adición posterior de un 5.00% de nanosílice (9CH:5NS) produce una ganancia
de densificación seca hasta los 1.889g/cm3.
Esta tendencia favorable se atribuye al tamaño nanométrico y elevada superficie
específica del aditivo líquido (coloidal), el cual actúa físicamente como un material de relleno
en los vacíos intersticiales, optimizando la reorganización de la matriz compactada, en
concordancia con los hallazgos mecánicos de Cao et al. (2023).
La capacidad de soporte en términos de CBR evidenció una respuesta óptima y
equilibrada en la subrasante estabilizada con la mezcla 9CH:5NS, alcanzando valores de
17.70% y 21.50% al 95% y 100% de compactación, superando con creces los rangos mínimos
exigidos para infraestructuras viales regionales. El incremento de la capacidad portante en más
de 490% en comparación con el suelo natural patrón valida la hipótesis de Chicaña (2022), quien
demostró la alta eficiencia de las partículas nanométricas de sílice para acelerar de forma
puzolánica la formación de geles estables de silicato de calcio hidratado (C-S-H).
Finalmente, las pruebas complementarias de compresión axial simple (UCS) y
durabilidad corroboraron el desempeño estructural superior de la mezcla óptima frente a ciclos
severos de humedecimiento-secado, logrando una retención de resistencia media de 7.37
kg/cm2 (un incremento del 89.74% frente al control degradado de 3.90 kg/cm2) y limitando la
expansión final por colapso unidimensional a un 16.79 % en comparación con el estructivo
24.31% del suelo arcilloso natural. Este comportamiento estable ante factores climáticos
cíclicos es respaldado por las teorías microestructurales de Karimiazar et al. (2023) y Dhakal et
al. (2024), validando el uso de este compuesto químico como una solución de ingeniería civil
sostenible y duradera en la región.
CONCLUSIONES
El hidróxido de calcio presentó características físicas favorables para su empleo como
estabilizante de suelos arcillosos, debido a su alta finura, adecuada dispersión y carácter
altamente alcalino. Estas condiciones permiten generar un medio químico apropiado para el
desarrollo de reacciones de estabilización dentro de la matriz del suelo.
La nanosílice evidenció condiciones adecuadas para su incorporación en mezclas suelo-
estabilizante, principalmente por su presentación líquida, facilidad de dispersión y naturaleza
silícea. Estas características respaldan su uso como aditivo complementario en presencia de
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
135
materiales cálcicos, favoreciendo su interacción con el hidróxido de calcio y las partículas
arcillosas.
En cuanto al comportamiento de compactación, la combinación de hidróxido de calcio
y nanosílice permitió mejorar la respuesta física del suelo estabilizado. La mezcla 9CH:5NS
alcanzó una máxima densidad seca de 1.889 g/cm³ y un óptimo contenido de humedad de
16.00%, evidenciando una adecuada condición de compactación para el suelo tratado.
El índice de capacidad portante mostró una mejora significativa con la incorporación
conjunta de ambos estabilizantes. La mezcla 9CH:5NS presentó el mejor desempeño,
alcanzando valores de CBR de 17.70% al 95% de compactación y 21.50% al 100% de
compactación, lo que confirma su eficiencia para incrementar la capacidad portante del suelo
arcilloso.
La resistencia a la compresión no confinada confirmó la mejora mecánica del suelo
estabilizado. La mezcla 9CH:5NS alcanzó una resistencia de 13.50 kg/cm² a los 28 días de
curado, evidenciando el efecto favorable de la combinación de hidróxido de calcio y nanosílice
en el desarrollo progresivo de resistencia.
Finalmente, se concluye que la dosificación 9CH:5NS constituye la alternativa de mejor
desempeño para la estabilización del suelo arcilloso evaluado, debido a que mejoró las
propiedades físicas y mecánicas del material. Su aplicación representa una opción técnica viable
para el mejoramiento de suelos de subrasante en obras de infraestructura vial en Lambayeque.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ASTM D1557-12. (2021). Standard Test Methods for Laboratory Compaction Characteristics
of Soil Using Modified Effort (56,000 ft-lbf/ft3 (2,700 kN-m/m3)).
https://doi.org/10.1520/D1557-12R21
ASTM D1883-14. (2022). Método De Prueba Estándar Para La Relación De Carga De
California (CBR) De Suelos Compactados En Laboratorio. Normativa, . Retrieved
from https://webstore.ansi.org/standards/astm/astmd188314
ASTM D2166-06. (2010). Standard Test Method for Unconfined Compressive Strength of
Cohesive Soil. Informe Técnico. https://doi.org/10.1520/D2166-06
ASTM D2487-17. (2020). Standard Practice for Classification of Soils for Engineering
Purposes (Unified Soil Classification System). https://doi.org/10.1520/D2487-17
Trigoso
136
ASTM D422-63. (2022). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. West
Conshohocken: ASTM International.
ASTM D4318. (2010). Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity
Index of Soils. West Conshohocken: PA:ASTM International.
ASTM E1621-94(1999). (2017). Standard Guide for X-Ray Emission Spectrometric Analysis.
Informe Técnico. https://doi.org/10.1520/E1621-94R99
Babanas, H., & Courcelles, B. (2025). Enhancing Lime Dosage Determination for Lean Clay
Soil Improvement: Significance of Plasticity Limit and Interpretation Approach.
Geotechnics, 5(1), 9. https://doi.org/10.3390/geotechnics5010009
Bonilla Bances, K., Chávez Cotrina, C., Chávez Álvarez, S., Martínez Garay, G., & Arriola
Carrasco, G. (2026). Propuesta de un nuevo material a base de fibra de coco para la
utilización en la industria de la construcción. Revista Científica Pakamuros, 14(1), 4-
18. https://doi.org/10.37787/0qfkfv66
Cao, P., Ma, Q., Zha, M., Zhang, J., & Huo, Z. (2023). Study on the Modification of Silty Soil
Sites Using Nanosilica and Methylsilicate.
Materials, 16(16), 5646.
https://doi.org/10.3390/ma16165646
Chicaña, M. (2022). Efectos de nanopartículas de silice y hierro sobre la resistencia mecánica
(relación de soporte californiana y resistencia a la compresión no confinada) de un
suelo arcilloso estabilizado con hidróxido de calcio a nivel subrasante. S.l.:
Universidad Nacional de San Agustín.
Diab, A., Allam, A., Rudayni, H., Abdelfadil, K., Arman, H., Al Zoubi, W., & Abukhadra, M.
(2026). Clay nanostructures in geotechnical engineering: A critical review of
mechanisms, performance, and sustainable soil stabilization. Materials Today
Sustainability, 33, 101284. https://doi.org/10.1016/j.mtsust.2025.101284
Diniz, B., Fedrigo, W., Kleinert, T., Batista, G., Núñez, W., Correa, B., & Brito, L. (2024).
Lime Stabilization of Tropical Soil for Resilient Pavements: Mechanical, Microscopic,
and Mineralogical Characteristics. Materials, 17(19), 4720.
https://doi.org/10.3390/ma17194720
Efecto del hidróxido de calcio y nanosílice en propiedades físicas y mecánicas de los suelos arcillosos
137
Farjad, P., Mehairi, A., Meshkani, F., Mowlaei, R., Khoshnazar, R., & Nassar, N. (2025).
Compressive strength and microstructural development of cement paste incorporating
nanosilica with different particle sizes. CEMENT, 19, 100128.
https://doi.org/10.1016/j.cement.2025.100128
Khajeh, A., Jamshidi Chenari, R., Payan, M., & Molaabasi, H. (2023). Assessing the effect of
lime-zeolite on geotechnical properties and microstructure of reconstituted clay used as
a subgrade soil. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 132, 103501.
https://doi.org/10.1016/J.PCE.2023.103501
Novianto, D., & Rochman, T. (2023). The experimental procedures of sand and lime as base
soil stabilization materials on the modified proctor values for flexible pavement
construction. MethodsX, 11, 102473. https://doi.org/10.1016/j.mex.2023.102473
Poyraz, S. (2026). Mechanical properties of stabilized clay with lime, silica fume, and basalt
fiber: A RSM approach. Applied Clay Science, 288, 108227.
https://doi.org/10.1016/J.CLAY.2026.108227
Praveen Kumar, V., & Dey, S. (2023). Study on strength and durability characteristics of
nano-silica based blended concrete. Hybrid Advances, 2, 100011.
https://doi.org/10.1016/j.hybadv.2022.100011
Roshan, M., Rashid, A., Abdul Wahab, N., Tamassoki, S., Jusoh, S., Hezmi, M., . . . Azmi, M.
(2022). Improved methods to prevent railway embankment failure and subgrade
degradation: A review. Transportation Geotechnics, 37, 100834.
https://doi.org/10.1016/J.TRGEO.2022.100834
Safi, W., & Singh, S. (2022). Efficient & effective improvement and stabilization of clay soil
with waste materials. Materials Today: Proceedings, 51, 947-955.
https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2021.06.333
Sudjianto, A., Vili, A., Suraji, A., Riman, R., & Susilo, S. (2025). The effect of adding
quicklime on stabilization of expansive soils. Technology audit and production
reserves, 2(3(82)), 12-17. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.326784
Trigoso
138
Tang, K., Zeng, F., Shi, L., Zhu, L., Chen, Z., & Zhang, F. (2023). Mechanical Behavior of
Hydrated-Lime–Liquid-Stabilizer-Treated Granular Lateritic Soils. Sustainability,
15(6), 5601. https://doi.org/10.3390/su15065601
Utkarsh, & Jain, P. (2024). Enhancing the properties of swelling soils with lime, fly ash, and
expanded polystyrene -A review. Heliyon, 10(12), e32908.
https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e32908
Waleed, M., & Alshawmar, F. (2025). Enhancing mechanical properties of low plasticity soil
through coal and silica fume stabilization. Scientific Reports, 15(1), 9990.
https://doi.org/10.1038/s41598-025-94149-0