Analysis of expansive clay mixed with pumice for soil stabilization
DOI:
https://doi.org/10.61799/2216-0388.1989Keywords:
Expansion, Expansive Clay, Instability, Morphology, Plasticity, Pumice, Soil Stabilization.Abstract
Expansive clays pose a recurring problem in geotechnical engineering due to the deformations they undergo when moisture levels fluctuate. These changes in volume negatively affect the performance of pavements, foundations, and civil engineering structures, causing cracks and differential settlement, as evidenced by countless studies around the world. Soil expansion is directly related to the presence of active minerals capable of absorbing water and altering its crystalline structure. Various studies have aimed to reduce expansion in this type of soil, yielding favorable results that have helped mitigate negative effects. The central objective of the research was to find the optimal mixture of clay and pumice to achieve effective stabilization, that is, to reduce expansion by lowering parameters such as the soil plasticity index, among others. To achieve this, three mixtures with different percentages of pumice added to the natural clay soil were prepared, and for each mixture, laboratories measured the physical, chemical, mechanical, and morphological characteristics that indicate stabilization patterns through the measurement of key indices. Among the notable results, it was found that the mixture containing 25 percent pumice exhibited a 30 percent decrease in the plasticity index, a reduction in free expansion of more than 45 percent, and a reduction in volumetric potential from very critical to marginal. Morphological analyses confirmed the change in the mineralogical and chemical composition of the treated soil, showing a reduction in the concentration of expansive minerals and the formation of new mineral phases. These findings suggest that pumice can be used as an effective, sustainable stabilizer for clay soils with high expansion potential.
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References
[1] J. E. Bowles, “Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil”, Ciudad de México, México: McGraw‑Hill, 1981. [En line]. Disponible en: https://www.scribd.com/document/517395227/Manual-de-laboratorio-de-suelos-en-ingenieria-civil-J-Bowles. [Accedido: feb. 08, 2026].
[2] B. Dharmendra and S. K. Dash, "Stabilization of expansive soils using chemical additives: A review," *J. Rock Mech. Geotech. Eng.*, vol. 14, no. 4, pp. 1319–1342, 2022, doi: 10.1016/j.jrmge.2022.02.011.
[3] C. Flórez, Z. Caicedo, R. Zárate, and B. Contreras, “Estabilización química de suelos expansivos de San José de Cúcuta (Colombia) usando cenizas volantes,” Respuestas, vol. 13, no. 2, pp. 19–31, 2016, doi: 10.22463/0122820X.536.
[4] M. Ramírez, “Estabilización de suelos blandos con adición de valvas de conchas de abanico en la subrasante de la Av. Carapongo – Lurigancho – Chosica, 2020,” Undergraduate thesis, Universidad César Vallejo, Lima, Perú, 2020. [En línea]. Disponible en: https://hdl.handle.net/20.500.12692/69711. [Accedido: feb. 08, 2026].
[5] A. Calderón Correa and J. Camargo Delgado, “Análisis del comportamiento geomecánico de mezclas de suelo arcilloso de la formación León con adición de partículas de vidrio de reciclaje,” Undergraduate thesis, Universidad Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia, 2020. [En línea]. Disponible en: https://repositorio.ufps.edu.co/handle/ufps/4552. [Accedido: feb. 08, 2026].
[6] J. E. Chicchi Callamullo, “Estabilización de suelos arcillosos con cal y ceniza volante para el tratamiento de la subrasante para tramo carretero Alegría – Barranca – Distrito 6 de la ciudad de Sucre,” *Revista Técnica Ingenium*, Vol. 1 Núm. 3, Universidad Mayor Real y Pontificia de San Francisco Xavier de Chuquisaca, Sucre, Bolivia, 31‑oct‑2024. [En línea]. Disponible: https://revistas.usfx.bo/index.php/ing/article/view/1510. [Accedido: abr. 07, 2026].
[7] F. E. Ríos Pérez, “Estabilización de suelos arcillosos utilizando cenizas de carbón con vidrio molido para uso como subrasante mejorada en pavimentos urbanos,” Tesis de licenciatura, Fac. de Ingeniería, Univ. Católica Santo Toribio de Mogrovejo, Chiclayo, Perú, 2025. [En línea]. Disponible: https://repositorio.usat.edu.pe/items/90af30ff-33f8-44ca-8054-8c63c5afb0f9/full. [Accedido: feb. 07, 2026].
[8] I. M. Almonacid, “Estabilización de subrasante mediante cal y ceniza de quinua en suelos del centro poblado Viñas, Tayacaja, Huancavelica,” Undergraduate thesis, Univ. Peruana Los Andes, Huancayo, Perú, 2019. Disponible en: I. M. Almonacid, “Estabilización de subrasante mediante cal y ceniza de quinua en suelos del centro poblado Viñas, Tayacaja, Huancavelica,” Undergraduate thesis, Univ. Peruana Los Andes, Huancayo, Perú, 2019. [En línea]. Disponible en: https://hdl.handle.net/20.500.12848/1916. [Accedido: ene. 17, 2026].
[9] D. Quispe Vilca, “Estabilización de suelos expansivos con ceniza de mazorca de maíz en la ciudad del Cusco,” Ambiente, Comportamiento y Sociedad, vol. 4, no. 2, pp. 75–86, 2022, doi: 10.51343/racs.v4i2.808.
[10] T. Rukenya, J. Wambua, C. Kabubo, and G. Thiong’o, “Soil stabilization using rice husk ash and natural lime as an alternative to cutting and filling in road construction,” J. Constr. Eng. Manage., vol. 143, no. 5, p. 04016127, 2017, doi: 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001235.
[11] Á. Becerra Ortiz and Y. Martínez Omaña, “Estabilización de arcilla con silicato de sodio (Na₂SiO₃) usando mezclas en peso y volumen en la ciudadela Juan Atalaya, urbanización Cormoranes de San José de Cúcuta,” Undergraduate thesis, Univ. Francisco de Paula Santander, Cúcuta, Colombia, 2018. [En línea]. Disponible en: http://repositorio.ufps.edu.co/handle/ufps/2836. [Accedido: abr. 07, 2026].
[12] C. Flórez, A. Garzón, and R. Molina, “Testing stabilization of high-plasticity clays used in sloping terrain by adding sodium silicate,” J. Phys.: Conf. Ser., vol. 1587, no. 1, p. 012036, 2020, doi: 10.1088/1742-6596/1587/1/012036.
[13] A. Olaya, “Aplicación de agente químico como estabilizador de suelos arcillosos para la construcción de vías,” Specialization thesis, Univ. Nacional Abierta y a Distancia, Bogotá, Colombia, 2018. [En línea]. Disponible en: https://repository.unad.edu.co/handle/10596/20215. [Accedido: ene. 27, 2026]
[14] T. López Lara, J. B. Hernández Zaragoza, J. Horta Rangel, A. Coronado Márquez, y V. M. Castaño Meneses, "Polímeros para la estabilización volumétrica de arcillas expansivas," Rev. Iberoamericana Polym., vol. 11, no. 3, pp. 159-168, 2010. [En línea]. Disponible en: https://reviberpol.org/wp-content/uploads/2019/07/2010-lopez.pdf. [Accedido: ene. 27, 2026].
[15] M. Yanqui, “Efecto de la adición de polímero bicomponente, en las propiedades físicas y mecánicas de arcillas expansivas del sector de Ccapac Modo – Cusco, 2021,” Tesis de pregrado, Univ. Continental, Arequipa, Perú, 2021. [En línea]. Disponible en: https://hdl.handle.net/20.500.12394/10521. [Accedido: abr. 04, 2026].
[16] J. Camacho Tauta, Ó. J. Reyes Ortiz, y C. Mayorga Antolínez, "Curado natural y acelerado de una arcilla estabilizada con aceite sulfonado," *Ingeniería y Desarrollo*, vol. 24, no. 24, pp. 94-105, jun. 2024. [En línea]. 2011. Disponible en: https://rcientificas.uninorte.edu.co/index.php/ingenieria/article/view/1680. [Accedido: ene. 11, 2026].
[17] J. Patrone y J. Prefumo, La Acción de los suelos expansivos sobre las cimentaciones. Métodos de Prevención y Control. Montevideo, Uruguay: Facultad de Ingeniería, Univ. de Montevideo, 2010. [En línea]. Disponible en: https://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/244. [Accedido: ene. 11, 2026].
[18] S. Merchán, “Comportamiento de suelos expansivos em cimentaciones superficiales,” Tesis de pregrado, Univ. de los Andes, Bogotá, Colombia, 2009. [En línea]. Disponible en: https://hdl.handle.net/1992/11460. [Accedido: abr. 07, 2026].
[19] L. Quintero y R. Gallardo, "Caracterización mineralógica de arcillas expansivas con fines de estabilización," Rev. Ingenio, vol. 8, no. 1, pp. 83–92, 2016, doi: 10.22463/2011642X.2050.
[20] "Hundimiento puso en emergencia 15 viviendas en Cúcuta, norte de Santander," El Espectador, Apr. 04, 2022. [En línea]. Disponible: https://www.elespectador.com/colombia/mas-regiones/hundimiento-puso-en-emergencia-15-viviendas-en-cucuta-norte-de-santander/. [Accedido: Ago. 07, 2024].
[21] Instituto Nacional de Vías (INVÍAS), "INV E 120 -13. Determinación del potencial de cambio volumétrico de un suelo empleando el aparato de Lambe", Normas y Especificaciones INVIAS, 2013. [En línea]. Disponible: www.invias.gov.co. [Accedido: ene. 02, 2026].
[22] Instituto Nacional de Vías (INVÍAS), "INV E 132 -13. Determinación de suelos expansivos", Normas y Especificaciones INVIAS, 2013. [En línea]. Disponible: www.invias.gov.co. [Accedido: ene. 02, 2026].
[23] U. Zada et al., "Recent advances in expansive soil stabilization using admixtures: current challenges and opportunities," Case Stud. Constr. Mater., vol. 18, p. e01985, 2023, doi: 10.1016/j.cscm.2023.e01985.
[24] R. Thirumalai, S. S. Babu, V. Naveennayak, R. Nirmal y G. Lokesh, “A Review on Stabilization of Expansive Soil Using Industrial Solid Wastes”, Engineering, vol. 09, n.º 12, pp. 1008–1017, 2017, doi: 10.4236/eng.2017.912060.
[25] J. Ordoñez, "Estabilización de arcillas expansivas con geomateriales de la región," Rev. Pakbal, vol. 1, no. 44, pp. 24-33, 2019. [En línea]. Disponible en: https://www.ingenieria.unach.mx/images/Articulos_revista/revistapakbal_44_pag24-33.pdf. [Accedido: abr. 07, 2026].
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