Clases de suelo I a V: cuál sirve para plantilla, acostillado y relleno
El material que rodea a una tubería flexible no es relleno: es estructura. Por eso la ASTM D 2321 no habla de “tierra producto de excavación”, habla de clases de suelo, cinco categorías con comportamientos distintos. Esta guía explica qué es cada clase, en qué zona de la zanja se puede usar y con qué grado de compactación.
Datos clave
- Clase I: piedra o roca triturada angular de ¼” a ½”, con pocos o sin finos
- Clase II: granulares limpios de grano grueso, tamaño máximo 1.5″
- Clase III: grano grueso con finos; grava y arena deben superar el 50%
- Clase IVa: ML o CL, admisible con alto grado de compactación
- Clase IVb y Clase V: no recomendables como material de relleno
- Regla transversal: todo material debe colocarse y compactarse con humedad óptima
Por qué las clases de suelo deciden el desempeño de la línea
Una tubería flexible se deforma ligeramente bajo la carga vertical, empuja contra el suelo de los costados y ese suelo le devuelve el soporte. El conjunto tubo-suelo es el que resiste. Eso significa que el material envolvente trabaja estructuralmente, y que elegirlo mal es equivalente a reducir la sección de una viga.
Las clases de suelo son la herramienta que ASTM D 2321 y AASHTO Sección 30 usan para ordenar esa decisión. No clasifican la tierra por su aspecto ni por su origen, sino por cómo se comporta al compactarse y cuánto soporte lateral puede entregar.
Hay un criterio de fondo que explica toda la escala y conviene tener presente antes de leer la tabla: mientras más finos tiene un suelo, más energía hay que invertir para que entregue el mismo soporte. Por eso la exigencia de compactación sube conforme la clase se degrada, y por eso dos clases distintas pueden terminar dando un módulo de reacción parecido si se compactan de forma distinta.
Las cinco clases de suelo, una por una
Las cinco clases de suelo de la ASTM D 2321 se ordenan de mejor a peor comportamiento como material envolvente. Esta es la descripción de cada una tal como la recoge el Manual de Instalación Tododren.
Clase I
Piedra o roca triturada angular, de gradación densa o abierta, con pocos o sin finos, en tamaños de ¼” a ½”. Es el material de mejor comportamiento del grupo porque las partículas angulares se traban entre sí y alcanzan densidad con muy poca energía de compactación.
Tiene una subdivisión que importa en obra: la Clase IA, de gradación abierta, es justamente la que se usa para rellenar vacíos en el acostillado. Pero no debe emplearse en plantilla, por una razón que se explica más adelante.
Clase II
Materiales limpios de grano grueso: gravas, arenas gruesas y mezclas de grava y arena, con tamaño máximo de 1.5″. Corresponden a los símbolos GW, GP, SW, SP, GW-GC y SP-SM del sistema unificado, y a las clasificaciones AASHTO A-1 y A-3.
Es el material de referencia para acostillado en la mayoría de los proyectos. Los cálculos de relleno del Manual de Instalación Tododren se sustentan precisamente en un acostillado tipo II con suelos granulares limpios.
Clase III
Materiales de grano grueso con finos, incluyendo gravas o arenas limosas o arcillosas: GM, GC, SM y SC, con tamaño máximo de 1.5″ y clasificaciones AASHTO A-2-4 y A-2-5. La condición que los mantiene dentro del grupo aprovechable es que la grava y la arena deben comprender más del 50% del material.
Aquí aparece la primera restricción de uso real: el material Clase III es recomendable en zanjas sin humedad y libres de agua. Donde hay agua, los finos se movilizan y el material pierde la capacidad de soporte que tenía en el laboratorio.
Clase IV, dividida en dos
Materiales de grano fino —ML, CL, MH y CH—, es decir, arena fina y suelos que contengan 50% o más de arcilla o limo. La división interna es lo que hace útil esta clase:
- Clase IVa (ML o CL): plasticidad media o baja. Pueden recomendarse como material de relleno, pero con un alto grado de compactación.
- Clase IVb (MH o CH): alta plasticidad. No son recomendados como material de relleno.
Esa distinción se pierde constantemente en obra, donde se habla de “Clase IV” sin apellido. La diferencia entre una y otra es la que separa un relleno admisible de uno que hay que sustituir.
Clase V
Limos y arcillas orgánicas, turba y otros materiales orgánicos: OL, OH y PT. No son recomendados como material de relleno. Es la única clase que queda descartada sin matices ni condiciones.
Qué clases de suelo admite cada zona de la zanja
Esta es la pregunta práctica, y la respuesta no es la misma para las cuatro zonas: cada una admite clases de suelo distintas. Una zanja bien ejecutada puede usar materiales distintos en la plantilla, el acostillado, el colchón y el relleno.
| Zona | Clases admisibles | Condición |
|---|---|---|
| Plantilla | Clase I, II o III | Agregado máximo 32 mm. Clase IA no debe usarse. Clase III solo con el contenido de agua controlado. |
| Acostillado | Clase I, II o III | Compactación de 90 a 95% Proctor. Los vacíos se rellenan con material Clase IA. T.M.A. recomendado de 6 cm. |
| Colchón | Clase I, II, III y IVa de poca plasticidad | Los materiales con alto contenido de arcilla y plasticidad no son recomendados. Clase III solo en zanjas sin humedad. |
| Relleno | Clase I, II, III y IVa | Clase IVa requiere alto grado de compactación. Clase IVb y Clase V quedan fuera. |
Por qué la Clase IA no va en la plantilla
Es la restricción que más sorprende, porque la Clase IA es excelente en el acostillado. El motivo es la migración: un material de gradación abierta colocado bajo el tubo tiende a desplazarse con el tiempo y con el flujo de agua, y al hacerlo deja al tubo sin el apoyo continuo que la plantilla debía garantizar. El resultado es una pérdida de pendiente que no se detecta hasta que la línea ya está en operación.
El caso del fondo de arcilla o limo de alta plasticidad
Cuando en el fondo de la excavación aparece arcilla o limo de alta plasticidad (CL o ML), la excavación se profundiza en todo su ancho 20 cm adicionales para alojar una capa de cimentación, y sobre esa capa se desplanta la plantilla. No es una recomendación opcional: sin esa capa, la plantilla se apoya sobre un material que no la sostiene.
El grado de compactación que pide cada una de las clases de suelo
Aquí es donde las clases de suelo dejan de ser una descripción y se vuelven un criterio verificable en obra. Cada clase trae asociado su propio grado de compactación mínimo.
| Referencia | Clase de suelo | Proctor estándar mínimo |
|---|---|---|
| ASTM D 2321 | Clase II | 85% |
| Clase III | 90% | |
| Clase IV | 95% | |
| AASHTO Sección 30 | Material de relleno | 90% |
| Criterio del supervisor | Según deflexión admisible | Puede exigir 95% |
La escala se lee de una sola manera: un Clase II al 85% y un Clase IV al 95% buscan llegar al mismo soporte. La exigencia sube porque el material es peor, no porque el proyecto sea más estricto. Las recomendaciones de ASTM están basadas en un módulo de reacción del suelo E’ promedio de 1,000 psi.
Una advertencia del propio manual que conviene repetir: el proyecto establecerá la densidad del material envolvente con base en una evaluación del suelo presente en el terreno. No es bueno asumir que los mínimos Proctor mencionados sean aplicables para todo tipo de obra. Los valores de esta tabla son de referencia bajo los supuestos indicados, no limitantes.
El procedimiento completo de compactación —a qué altura entra cada equipo, espesor de capa y qué prohíbe la norma— se desarrolla en nuestra guía dedicada a la compactación de tubería de PEAD.
La humedad: la variable que invalida la clasificación
Las clases de suelo describen el potencial del material; la humedad decide si ese potencial se alcanza en obra.
Se puede acertar en las clases de suelo, colocarlas en la zona correcta y usar el equipo correcto, y aun así no alcanzar la densidad. Todos los materiales de relleno deben ser colocados y compactados con un contenido de humedad óptima.
- ASTM D 2321: para suelos Clase II, Clase III y Clase IVa se requiere un contenido de humedad mínimo del 3%.
- AASHTO: requiere un rango de -3% a +2% respecto de la humedad óptima.
La homogeneización y la humedad del material deben ser controladas y autorizadas por un supervisor. Un Clase II seco se comporta peor que un Clase III bien acondicionado, y esa es la razón por la que el control de humedad no es un trámite de laboratorio sino una condición de obra.
Cuando el material de excavación se quiere reutilizar
Es aquí donde las clases de suelo pasan de la teoría al presupuesto.
Es la pregunta económica de todo proyecto, y tiene respuesta. El material producto de la excavación puede utilizarse como relleno de acuerdo con los lineamientos del proyecto, pero debe ser inspeccionado antes para retirar trozos grandes de roca y todo aquello cuyo peso y dureza pueda dañar la tubería, ya sea por el impacto de la caída o por presiones puntuales al compactar.
Tres filtros antes de aceptar el material de excavación
- Clasificación: determinar a qué clase pertenece. Si es IVb o V, queda fuera sin discusión.
- Tamaño máximo de agregado: en acostillado el T.M.A. recomendado es de 6 cm, porque un agregado mayor no se aloja en los valles entre corrugaciones.
- Humedad: verificar que pueda acondicionarse al rango óptimo con los medios disponibles en obra.
Un apunte de logística que se relaciona con esto: el material extraído debe situarse a una distancia del borde de la zanja no menor que la mitad de su profundidad, porque almacenado cerca del borde produce una sobrecarga que afecta la estabilidad del talud.
Cuatro errores frecuentes con las clases de suelo
Cuatro confusiones que aparecen una y otra vez en frente de obra y que salen caras.
1. Hablar de “Clase IV” sin distinguir IVa de IVb
Es la confusión más costosa del grupo, porque una es admisible con alto grado de compactación y la otra no se recomienda como relleno. En el catálogo de conceptos conviene escribir el apellido completo.
2. Usar Clase III en zanja con agua
El material Clase III es recomendado en zanjas sin humedad y libres de agua. En presencia de agua los finos se movilizan y el soporte lateral se degrada, aunque la prueba de densidad inicial haya pasado.
3. Colocar Clase IA en la plantilla
Migra. Y al migrar deja al tubo sin apoyo continuo, con pérdida de pendiente que aparece meses después.
4. Determinar las clases de suelo una sola vez para toda la obra
Un frente largo puede atravesar varios bancos y varios tipos de suelo nativo. La clasificación que se hizo al inicio no necesariamente describe lo que se está colocando en el kilómetro ocho.
Preguntas frecuentes sobre las clases de suelo
¿Qué clase de suelo es la mejor para acostillado?
De las cinco clases de suelo, la I y la II son las de mejor comportamiento, porque alcanzan densidad con poca energía de compactación y entregan soporte lateral de inmediato. Los cálculos del manual se sustentan en un acostillado tipo II con suelos granulares limpios. Clase III también es admisible, siempre que la zanja esté libre de agua.
¿Puedo usar el material de excavación como relleno?
Sí, de acuerdo con los lineamientos del proyecto, pero debe clasificarse e inspeccionarse antes para retirar trozos grandes de roca y cualquier elemento cuyo peso o dureza pueda dañar la tubería por impacto de caída o por presiones puntuales al compactar. Además hay que clasificarlo: si resulta Clase IVb o Clase V, no sirve como relleno.
¿Cuál es la diferencia entre Clase IVa y Clase IVb?
La plasticidad. Clase IVa corresponde a ML o CL, de plasticidad media o baja, y puede recomendarse como material de relleno pero con un alto grado de compactación. Clase IVb corresponde a MH o CH, de alta plasticidad, y no es recomendado como material de relleno.
¿Por qué no se puede usar Clase IA en la plantilla?
Porque ese tipo de material tiende a migrar. Al desplazarse deja al tubo sin el apoyo continuo que la plantilla debe garantizar, y la consecuencia es una pérdida de pendiente que suele detectarse cuando la línea ya está operando. En el acostillado, en cambio, la Clase IA es precisamente el material indicado para rellenar vacíos.
¿Qué pasa si el fondo de la zanja es arcilla de alta plasticidad?
La excavación se profundiza en todo su ancho 20 cm adicionales para alojar una capa de cimentación, y sobre ella se desplanta la plantilla. Sin esa capa, la plantilla queda apoyada sobre un material que no la sostiene.
¿Qué tamaño máximo de agregado admite cada zona?
En plantilla, el agregado máximo no debe ser mayor a 32 mm. En acostillado se recomienda una granulometría con tamaño máximo de agregado de 6 cm, porque un agregado más grueso no se aloja en los valles entre corrugaciones y deja vacíos continuos.
¿La clasificación AASHTO y la ASTM son equivalentes?
Las clases de suelo de ambos sistemas se corresponden, pero no son idénticas. La Clase II de ASTM D 2321 corresponde a las clasificaciones AASHTO A-1 y A-3; la Clase III corresponde a A-2-4 y A-2-5. En la especificación conviene citar el sistema que rige el proyecto y, si se citan ambos, aclarar la correspondencia.
¿Hace falta clasificar el suelo si el proyecto ya indica el material?
Sí, porque el proyecto indica lo que debe colocarse y la determinación de clases de suelo verifica lo que realmente llegó. Un banco puede cambiar de características a lo largo de la obra, y un frente largo puede atravesar varios tipos de suelo nativo. La clasificación inicial no describe necesariamente lo que se está colocando meses después.
Análisis y asesoría de Ingeniería
Los criterios sobre clases de suelo de este artículo son valores de referencia bajo los supuestos indicados en el Manual de Instalación Tododren, no limitantes. Cuando el proyecto tiene suelos fuera del rango habitual, presencia de manto freático o condiciones particulares de carga, el área de Ingeniería realiza el análisis estructural específico y determina el material envolvente adecuado. Escríbanos a soportetecnico@tododren.com o llame al 818 131 0100.
Continúe con nuestras guías sobre el ancho de zanja para tubería de PEAD, la flotación de tubería y la prueba de hermeticidad. Revise también la instalación de tubo de polietileno corrugado para drenaje y el papel del relleno en la durabilidad del sistema de drenaje. Conozca el tubo corrugado de PEAD TDR Ultra.