ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON POLÍMEROS

UNIVERSIDAD DE LA REPÚBLICA

FACULTAD DE INGENIERÍA – CURSOS DE POSTGRADO

INSTITUTO DE ESTRUCTURAS Y TRANSPORTE

MAESTRÍA EN INGENIERIA ESTRUCTURAL

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS – GET_119

ESTABILIZACIÓN DE SUELOS CON POLÍMEROS

PROF. LEONARDO BEHAK

AUTORA: JENIFFER JAIME HERNÁNDEZ

MONTEVIDEO, ENERO 2021

DedicatoriaDedicatoriaDedicatoriaDedicatoria

A todos aquellos que, como yo, han muerto o van a morir intentándolo.

Índice Resumen. ....................................................................................................... 4

Introducción. ................................................................................................... 5

Estabilización de Suelos. Definición. .............................................................. 5

Definición de Polímero.................................................................................... 8

Tipos de Polímeros...................................................................................... 8

Estabilización de suelos. Métodos tradicionales ........................................... 10

Polímeros como estabilizadores alternativos. Ventajas y Beneficios ........ 12

Polímeros como estabilizadores alternativos. Desventajas ....................... 22

Conclusiones ................................................................................................ 27

Referencias Bibliográficas ............................................................................ 29

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Resumen.

La estabilización y el mejoramiento de las propiedades del suelo permiten adecuar este a las necesidades del proyecto a construir. Para esto se han desarrollado varias técnicas: mecánicas, físico-químicas, eléctricas entre otras. La implementación del uso de polímeros a la par de los procedimientos existentes como la cal y el cemento han originado una serie de investigaciones y ensayos a muestras de diferentes tipos de suelos adicionados con distintos polímeros ya sea en forma líquida o como fibras de desecho. Mostrar alguno de los resultados de dichas investigaciones constituye el objetivo principal de la presente monografía. La revisión bibliográfica permite concluir que existen diferentes visiones sobre los beneficios del uso de polímeros como estabilizantes, ya que algunos estudios concluyen que el(los) polímero(s) empleado(s) permiten modificar las propiedades del suelo y mejorar el desempeño de este mientras otros estudios no arrojan pruebas concluyentes o definitivas al respecto.

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Introducción.

El suelo o terreno, en especial sus propiedades mecánicas y físico

químicas, son importantes ya que todo lo que se construye está soportado de

forma directa o indirecta por el suelo de fundación. Este no solo sirve como

soporte para el proyecto, sino que también puede ser utilizado para la

construcción de muros, represas, diques, entre otras obras. Por tanto, este

debe ser capaz de resistir la totalidad de las cargas a las que va a ser

sometido.

Independientemente de las razones que se tengan para llevar a cabo la

construcción de una edificación o vía de comunicación en determinado lugar

(económicas, demográficas o geográficas) el suelo de fundación no siempre

puede ser apto para ello. Muchas de las veces esto no ocurre, por lo que se

hace necesaria la adecuación del suelo al tipo de obra que se piensa

ejecutar en especial si esta es de gran envergadura. Para el caso particular

de las vías de comunicación, la construcción sobre suelos aptos para tal fin

evita, en el largo plazo, costosas tareas de mantenimiento, así como la

reconstrucción en caso de falla, por lo que la estabilización de suelos toma

fundamental importancia.

Estabilización de Suelos. Definición.

La Estabilización de Suelos puede ser definida como: “El mejoramiento

de las propiedades físicas de un suelo a través de procedimientos mecánicos

e incorporación de productos químicos, naturales o sintéticos” (Nesterenko-

Cortes, 2018) esto con el fin de crear un material que se adapte a las

exigencias del proyecto a desarrollar partiendo del suelo ya existente.

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Por procedimientos mecánicos, se entiende el aporte de material,

empleando equipo mecánico para posteriormente compactar; la

compactación en sí misma también se considera una técnica para la

estabilización de suelos. La estabilización a través de medios químicos se

logra por: “la adición de agentes estabilizantes específicos, como el cemento,

la cal, el asfalto u otros” (Rico y Del Castillo, 2005). Las propiedades de los

suelos que más frecuentemente se estudian en problemas de estabilización

son: estabilidad volumétrica, resistencia, permeabilidad, compresibilidad y

durabilidad. (López-Lara et al, 2010)

De acuerdo con lo expresado por Nesterenko-Cortes (Op.Cit) en

referencia a las técnicas para la estabilización de suelos, estas: “son

variadas y van desde la adición de otro suelo, a la incorporación de uno o

más agentes estabilizantes. Cualquiera sea el mecanismo de estabilización,

es seguido de un proceso de compactación” (p. 11) Cabe recalcar que

también existen algunos otros métodos, entre los que se puede mencionar la

estabilización por medios eléctricos, el uso de explosivos y el drenaje de

suelos. A continuación se muestra la Tabla 1, que resume los problemas

típicos y las posibilidades de estabilización de los suelos comunes:

Tabla 1. Problemas típicos y las posibilidades de estabilización de los

suelos comunes

Tipo de Suelo Problemas y medios de

estabilización usuales

Suelos arenosos Cuando la granulometría es

uniforme puede convenir la

estabilización con mezclas de otros

suelos. Las arenas limpias pueden

mejorar sus carcterísticas con

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cemento o asfalto.

Suelos limosos con algo de

arcilla

En general, el único tratamiento

económico al que son susceptibles

es la compactación.

Suelos limosos con muy poca o

ninguna arcilla

No existen tratamiento económicos.

Debe evitarse su uso en superficies

expuestas, por los polvos que

producen cuando se secan.

Suelos arcillosos agrietados Responden a la estabilización con

cal.

Suelos arcillosos agrietados y de

textura abierta

Responden muy bien a la

compactación.

Arcillas suaves Suscpetibles a la estabilización con

cal.

Fuente: Rico, A., Del Castillo (2005) La Ingeniería de Suelos en las Vías Terrestres.

Carreteras, Ferrocarriles y Aeropistas. Vol. II. Editorial Limusa. México.

De igual forma, la estabilización de suelos puede realizarse con el

propósito de mejorar la resistencia del suelo al aumentar su capacidad de

carga, en el caso de que sea empleado para fundaciones o con el objetivo de

controlar la formación de polvos finos en terrenos donde exista movimiento

de maquinaría o pistas de aterrizaje (aeropuertos y helipuertos). Así mismo,

la estabilización de suelos puede ser requerida cuando se precisa evitar la

entrada de agua para preservar la resistencia del suelo.

A partir de esto se abre el abanico de las opciones para obtener suelos

con mejores características sin dejar de lado el costo y la facilidad para su

adecuación con el fin de evitar fallas ingenieriles futuras. En principio,

cualquier método ya sea tradicional o no debe ser eficiente en cuanto a

8

costos/economía, tiempo, técnica de aplicación y resultados obtenidos en

cuanto a las propiedades para ser considerado como buena opción. En esta

búsqueda, la introducción de los polímeros como material para el

mejoramiento del suelo se presenta como una alternativa a las técnicas más

comunes de estabilización con cemento portland, cal, ceniza o asfalto entre

otros productos diversos, especialmente cuando la sustitución del suelo

original no resulta factible.

Definición de Polímero

La palabra polímero proviene de dos palabras griegas: “poli”, que

significa muchos, y “meros”, que significa parte. La sustancia que constituye

la unidad fundamental de un polímero recibe el nombre de "monómero".

(López-Lara et al, Op.cit). Por tanto, un polímero son sustancias provenientes

de la unión de estos monómeros, o moléculas más pequeñas, para formar

una gran molécula o macromolécula. En la actualidad los polímeros tanto

naturales como artificiales están presentes en muchas actividades de la vida

cotidiana desde productos comerciales hasta productos médicos.

Tipos de Polímeros

Los polímeros pueden ser clasificados de la siguiente forma:

• Según su composición: Homopolímeros (un monómero) y

copolímeros (dos o más monómeros).

• Según su estructura: Lineales cuando los monómeros se unen por

dos sitios (cabeza y cola) y Ramificados si algún monómero se

puede unir por tres o más sitios.

• Según su origen: Naturales como el caucho, polisacáridos

(celulosa, almidón), proteínas, ácidos nucleicos, entre otros y

9

Artificiales como los plásticos, fibras textiles sintéticas, poliuretano,

baquelita, etc.

• Por su comportamiento ante el calor: Termoplásticos: Se

reblandecen al calentar y recuperan sus propiedades al enfriar. Se

moldean en caliente de forma repetida y Termoestables: Una vez

moldeados en caliente, quedan rígidos al ser enfriados por formar

nuevos enlaces y no pueden volver a ser moldeados. Las fibras

pueden tejerse en hilos finos. Los elastómeros son polímeros que

poseen gran elasticidad por lo que pueden estirar varias veces su

longitud. Un elastómero, pero de origen natural sería el caucho.

De acuerdo con lo expresado por Rico y Del Castillo (Ob.cit) los

polímeros pueden ser catiónicos, aniónicos y no iónicos. Estos mismos

autores definen a los polímeros catiónicos como aquellos que: poseen

cargas positivas que crean nexos eléctricos muy fuertes con las negativas de

las partículas de arcilla o de las arenas finas silíceas. Por otro lado, los

aniónicos poseen la misma carga eléctrica que los minerales de arcilla.

Finalmente, los polímeros no iónicos generan nexos de hidrógeno

importantes entre las partículas de arcilla, asociando sus grupos de OH con

el oxígeno de aquellas.

Antes de continuar explicando en detalle la estabilización de suelos

empleando polímeros para tal fin, se revisarán dos de los métodos

empleados comúnmente como lo son el suelo- cemento y la estabilización

empleando cal o suelo-cal con el fin de establecer las comparaciones

necesarias más adelante.

10

Estabilización de suelos. Métodos tradicionales

1. Estabilización de suelos con cemento: Este método data de 1917. Es

ampliamente, aunque no de forma exclusiva, utilizado en vías terrestres, para

el proyecto y construcción de pavimentos. Básicamente, consiste en la

reacción del cemento Portland con los componentes “silicosos” del suelo,

produciendo un conglomerante que junta a las arenas, las gravas y los limos.

Esto funciona mejor para suelos gruesos, es decir, cantos, gravas y arenas

además de arenas limo-arcillosas y/o arenas finas (A-1, A-2 y A-3) con pasa

#200 < 35% e IP < 20%. Para los suelos arcillosos, se producen reacciones

primarias (en donde se producen silicatos y aluminatos hidratados de calcio,

hidróxido de calcio y iones Ca++) y secundarias (la cual se da en dos fases).

Rico y Del Castillo (Op. Cit) describen estas fases de la siguiente forma:

En la primera, se produce un intercambio iónico entre los iones de calcio y otros absorbidos por los minerales de arcilla, todo lo cual tiende a flocular a la propia arcilla. En la segunda fase, tienen lugar reacciones químicas puzolánicas entre la cal y los elementos que componen los cristales de arcilla. Los elementos silícicos, y alumínicos reaccionan con los compuestos cálcicos para formar elementos cementantes; el resultado final de esta reacción es la transformación de una estructura arcillosa originalmente floculada y vaporosa, en un agregado resistente. (p. 505)

Estas reacciones se ven afectadas si el suelo posee materia orgánica, ya

que los ácidos orgánicos dificultan la acción aglutinante del cemento. Así

mismo, la presencia de sulfatos de calcio, magnesio o de alguna otra

sustancia que pueda absorber agua afectará la reacción al privar al

aglutinante de la humedad necesaria.

11

2. Estabilización de suelos con cal: La cal constituye el material más

antiguo usado por el hombre, sin embargo, no fue sino hasta 1953 cuando

comenzó a implementarse como material para la estabilización de suelos. El

efecto básico de la cal es la constitución de silicatos de calcio que se forman

por acción química de la cal sobre los minerales de arcilla, para formar

compuestos cementadores. (Rico y Del Castillo, Op. Cit.) por tanto, su uso se

extiende hacia los materiales más arcillosos, esto es suelos clasificados

como A-5, A-6 y A-7 (suelos limosos y arcillosos).

Para el caso de la cal, se producen dos tipos de reacciones entre estas y

el suelo. La primera de ellas, la reacción rápida (que tarda entre minutos y

días) en las cuales se produce el intercambio catiónico, produciéndose una

fuerte captación de iones de calcio por las partículas del suelo, lo que

disminuye la doble capa propia de los suelos arcillosos. Así mismo, el

elevado PH de la cal tiende a expandir la doble capa.

La segunda reacción, llamada reacción lenta, está constituida por

reacciones puzolánicas, atribuidas a las reacciones entre la sílice y/o alúmina

del suelo con los iones Ca++ de la cal, por otro lado, se tiene la

carbonatación cuando la cal reacciona con el dióxido de carbono de la

atmósfera. Al igual que en caso del cemento, la presencia de material

orgánico afecta las reacciones alcalinas retardándolas y reduciendo el efecto

de estabilización.

Con la adición de cal se logra un suelo menos expansivo, menos

plástico, mejorando a la vez la trabajabilidad y logrando una mejor

compactación. Sin embargo, Nesterenko citando a Andrews y Duffy (2008),

en relación con el uso de los estabilizadores citados anteriormente expresa

12

que: los estabilizadores tradicionales como la cal y el cemento requieren

largos tiempos de curado y cantidades considerables de aditivos a un costo

significativo. Lo que sirve de base para justificar el empleo de los

estabilizadores no tradicionales.

Polímeros como estabilizadores alternativos. Ventajas y Beneficios

A este respecto, existen autores que destacan las ventajas del uso de

polímeros como estabilizadores alternativos. Por ejemplo, el estudio llevado a

cabo por Lamia, A. y Radhia M. en la Universidad de Basrah, en donde

emplearon dos tipos de polímeros: Resina de Urea Formaldehido o URF

(Urea Formaldehyde Rejoin) y Caucho estireno-butadieno o SBR (Styrene

Butadiene Rubber). La URF es una resina aplicada como adhesivo en la

industria de transformación de madera, en aglutinación de partículas o fibras,

por otro lado, el SRB es un elastómero sintético usado principalmente para la

fabricación de cubiertas de rueda o neumáticos.

Sobre las muestras de suelos arenosos, con y sin adición de polímeros,

se realizaron diversos ensayos. Estos fueron: Ensayo de Compactación

(Proctor modificado), Ensayo de Relación de Soporte de California o CBR y

Ensayo de Corte Directo, partiendo desde la respectiva clasificación del

suelo por granulometría. A continuación, se muestran los resultados

obtenidos para cada ensayo.

Ensayo de Compactación:

La Tabla 2, indica los valores para la humedad máxima y para la

densidad máxima seca en gr/cm3, se puede observar que la adición de 1%

13

del polímero UFR disminuye el contenido óptimo de humedad e incrementa

el valor máximo de la densidad seca, este valor va a disminuir cuando se

adiciona mayor cantidad de UFR. Por otro lado, la adición del polímero SBR

ocasiona una disminución del contenido máximo de humedad y de la

densidad máxima seca.

Tabla 2. Resultados del ensayo de Compactación.

Fuente: Lamia, A. y Radhia M. (2019) Sandy Soil Estabilization with Polymer. [Tabla]. Recuperado de:

https://www.researchgate.net/publication/331318532_Sandy_Soil_Stabilization_with_Polymer

Las figuras 1 y 2 muestran las correspondientes curvas de compactación

con suelos tratados y no tratados para URF y SBR respectivamente. Se

observa que la máxima densidad seca en suelos tratados con 1% de UFR es

mayor que aquella para suelos no tratados, los investigadores afirman que

esto es debido a que el UFR encapsula las partículas de suelo que ocasiona

el incremento en la resistencia del suelo a la par de la disminución de la

permeabilidad.

14

Figura 1: Relación entre el contenido de humedad y la Densidad Máxima Seca con

URF. Lamia, A. y Radhia M. (2019) Sandy Soil Estabilization with Polymer. [Imagen].

Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/331318532_Sandy_Soil_Stabilization_with_Polymer

Figura 2: Relación entre el contenido de humedad y la Densidad Máxima Seca con SBR. Fuente: Lamia, A. y Radhia M. (2019) Sandy Soil Estabilization with Polymer. [Imagen]. Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/331318532_Sandy_Soil_Stabilization_with_Polymer

15

La figura 3 muestra que el contenido óptimo de humedad para suelos

tratados con UFR y SBR es menor que para suelos no tratados para todos

los porcentajes de polímeros empleados. De acuerdo con lo planteado por

los autores del estudio esto ocurre porque el polímero toma el lugar del aire o

de los vacíos. Cuando se agrega UFR en un mayor porcentaje, la cantidad

extra toma el lugar de algunos solidos del suelo y por tanto la densidad seca

decrece. La figura 4 muestra que la densidad máxima seca para aquellos

suelos tratados con SBR es menor que la máxima densidad seca de suelos

no tratados para todos los porcentajes empleados, a este respecto los

investigadores afirman que es debido a que el peso unitario del SBR es

pequeño comparado al del suelo.

Figura 3: Relación entre el contenido de polímero y el contenido de humedad óptima.

Fuente: Lamia, A. y Radhia M. (2019) Sandy Soil Estabilization with Polymer. [Imagen].

Recuperado de: https://www.researchgate.net/publication/331318532_Sandy_Soil_Stabilization_with_Polymer

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Figura 4: Relación entre el contenido de polímero y la Densidad Máxima Seca. Fuente:

Lamia, A. y Radhia M. (2019) Sandy Soil Estabilization with Polymer. [Imagen]. Recuperado

de: https://www.researchgate.net/publication/331318532_Sandy_Soil_Stabilization_with_Polymer

Ensayo CBR (California Bearing Ratio):

En cuanto al ensayo de Relación de Soporte de California, este ensayo

fue realizado empleando el Proctor modificado con el contenido de humedad

óptima obtenido del ensayo de compactación. La tabla 3 resume los

resultados obtenidos para ambos polímeros. Así mismo, la figura 5 muestra

la relación entre el contenido de polímero y el resultado del ensayo CBR, se

observa que al agregar UFR se incrementan los valores de CBR para todos

los porcentajes. Esto es debido a que la presencia de UFR restringe el

movimiento de las partículas del suelo y a su vez trabaja como reforzamiento,

de acuerdo con lo expresado por los autores de la investigación. En cuanto a

los suelos tratados con SBR el valor del ensayo CBR es menor que el

obtenido para aquellos suelos no tratados, lo cual se debe a que el SBR

tiende a deslizarse y a separar las partículas del suelo.

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Tabla 3. Resultados del Ensayo CBR



Figura 5: Relación entre el contenido de polímero y el CBR. Fuente: Lamia, A. y Radhia

M. (2019) Sandy Soil Estabilization with Polymer. [Imagen]. Recuperado de:


Ensayo de Corte Directo:

Como se mencionó previamente el estudio realizado para suelos

arenosos tratados con los polímeros UFR y SBR incluyó el Ensayo de Corte

Directo, los resultados se observan en la Tabla 4. Las figuras 6 y 7 muestran

la relación entre el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante máximo. Dicho

18

esfuerzo cortante aumenta con la adición de UFR y SBR para todos los

porcentajes debido al incremento de la cohesión entre las partículas del

suelo, así mismo el UFR y el SBR incrementan el ángulo de fricción interna �

y la cohesión c. Los resultados obtenidos comprueban que el incremento de

� es debido a la fricción entre las partículas del suelo y los polímeros

añadidos, de la misma forma la cohesión aumenta debido a la unión entre las

partículas.

Tabla 4. Resultados del Ensayo de Corte Directo



Figura 6: Relación entre el esfuerzo normal y el esfuerzo de corte con UFR. Fuente:



19

Figura 7: Relación entre el esfuerzo normal y el esfuerzo de corte con UFR. Fuente:



Considerando los resultados obtenidos en los ensayos realizados en

donde se observa que la Resina de Urea Formaldehido - UFR (Urea

Formaldehyde Rejoin) cuando se añade al 1 % aumenta la Densidad Máxima

Seca, disminuye el valor de la Humedad Óptima a la vez que aumenta los

valores del CBR (independientemente del porcentaje añadido) así como los

valores obtenidos para � y c en contraposición a uso de Caucho estireno-

butadieno o SBR (Styrene Butadiene Rubber) los autores recomiendan el

empleo de UFR como estabilizador de suelos para suelos arenosos.

Esta investigación se limitó al ensayo del comportamiento de ambos

polímeros en relación con el suelo sin tratar, y por tanto no compara con

técnicas tradicionales de estabilización. Así mismo, el estudio no especifica

qué tipo de suelo arenoso se ensaya y cuál fue el sistema de clasificación de

suelos empleado, aunque parte de un estudio de granulometría.

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En otra investigación realizada, López-Lara T., Hernández-Zaragoza J y

otros emplearon poliuretano, el cual es un polímero empleado en la

construcción para el sellado de grietas, reparación de malecones y en el

refuerzo de suelos granulares, a fin de reducir el cambio volumétrico

característico de los suelos arcillosos. El suelo empleado corresponde al del

fraccionamiento Jacarandas, Querétaro México; tanto al suelo natural como

al suelo con aditivo de polímero le fueron realizadas las pruebas para

determinar los Límites de Atterberg, pruebas de expansión y resistencia a la

compresión simple, además de la respectiva clasificación empleando el

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS)

Las principales conclusiones de esta investigación fueron las siguientes:

El suelo natural corresponde a un suelo CH (arcilla inorgánica de alta

plasticidad) mientras la mezcla suelo-polímero realizadas al 4, 6, 8, 10%

respecto al suelo seco corresponde a un suelo ML (limos inorgánicos y

arenas muy finas o limos arcillosos con ligera plasticidad) de acuerdo con los

resultados obtenidos para los Límites de Atterberg que se muestran a

continuación.

21

Tabla 5. Propiedades Índice en suelo natural y suelo polímero (valores

promedio)

Fuente: López-Lara, T. Hernández-Zaragoza, J. (2010) Polímeros para la Estabilización Volumétrica de Arcillas Expansivas. [Tabla]. Recuperado de: http://www.ehu.eus/reviberpol/pdf/MAY10/lopez.pdf

Los autores también concluyeron que las propiedades de resistencia no

mejoran cuando se emplea una mezcla suelo-polímero, lo cual a su criterio

no representa ningún problema ya que los suelos expansivos presentan

frecuentemente altas resistencias.

En lo referente a la expansión, los resultados de las pruebas mostraron

que la mezcla suelo polímero tuvo una reducción en la expansión de

alrededor del 40% respecto a la expansión del suelo natural. De acuerdo con

los resultados, se obtuvo un porcentaje de expansión del 46,40% para suelo

natural y 26,50% para la mezcla suelo-polímero (López-Lara y otros, p.167).

Los resultados de las pruebas de consolidación permitieron concluir que el

coeficiente de permeabilidad se reduce al añadir polímero, esto impide la

entrada de agua, disminuyendo los cambios volumétricos propios del suelo

expansivo. Además, la mezcla suelo-polímero reduce la compresibilidad del

suelo natural en un 20% aproximadamente.

22

Otra posibilidad para el empleo de polímeros en la estabilización de

suelos lo constituye la mezcla de cal, ceniza de cascara de arroz y fibras de

plástico de desecho sobre suelos limo arcillosos para mejorar las

propiedades mecánicas de estos, mezclada en una proporción que va de

0,4% a 0,8% de suelo seco. Diversos estudios han demostrado que la

mezcla suelo ceniza-cal mejora la resistencia a la compresión del suelo, a

este respecto Behak y Nuñez (2009) afirman que el tratamiento con Cenizas

de Cáscara de Arroz (Rice Husk Ash, RHA) y cal sobre un suelo arenoso

produce un material más resistente, durable y menos deformable, que puede

ser empleado como material para base y subbase de pavimentos con poco

tráfico. Sin embargo, el suelo esta mezcla puede presentar un

comportamiento frágil. Esta fragilidad puede ser suprimida a través de la

adición de elementos discretos como las fibras. (Muntohar y otros, 2013)

Así mismo, los autores concluyen que la inclusión de las fibras plásticas

juega un papel significativo en el incremento de las fuerzas de tensión y de la

relación de fuerzas del suelo estabilizado. La compresibilidad aumenta a

medida que se incrementa el tiempo de curado. La presencia de fibras

plásticas en la mezcla cal-ceniza de cáscara de arroz muestra una influencia

significante en el valor de la cohesión c, más que en el valor del ángulo de

fricción �.

Polímeros como estabilizadores alternativos. Desventajas

Los dos ejemplos anteriores demuestran cómo el empleo de polímeros

puede ser ventajoso para la estabilización de suelos, sin embargo, otros

autores han realizado estudios y ensayos cuyos resultados muestran que el

empleo de polímeros no produce cambios significativos en las propiedades

de los suelos ensayados.

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Rico y Del Castillo (Ob. Cit) afirman que la reacción más general de las

resinas (extractos orgánicos obtenidos a partir de plantas principalmente

coníferas) y polímeros es estabilizar la mezcla frente a la acción del agua, al

actuar como sellantes. Sin embargo, la degradación bacteriana constituye

una de sus principales desventajas. Los enlaces eléctricos que polímeros

aniónicos, explicados anteriormente, crean con las partículas de arcilla

pudiesen contribuir a aumentar la resistencia del suelo, aunque inciden

considerablemente en la resistencia de la mezcla a la compactación. En

cambio, los polímeros catiónicos, tienden a disminuir la resistencia del suelo.

Así mismo, los autores arriba citados mencionan que el alto costo aunado a

la dificultad para mezclar frente a otros productos pone en desventaja a este

tipo de estabilizantes.

A este respecto, Rauch, A. y otros (2002) realizaron pruebas de

laboratorio para determinar los cambios en las propiedades mecánicas del

suelo cuando se emplean tres productos químicos diferentes, entre ellos un

compuesto líquido de varios polímeros. Al igual que los ensayos citados

anteriormente la investigación comienza con la clasificación del suelo, que en

este caso correspondió a cinco tipos de arcilla.

La tabla 6 muestra los cinco tipos de suelos, así como los resultados

para los límites de Atterberg (ASTM D4318) y el valor para la humedad

óptima de compactación. Los dos primeros tipos de suelo corresponden a

arcillas de alta plasticidad proveniente de las localidades de Bryan y

Mesquite, Texas, Estados Unidos; la arcilla de Mesquite es alta en sulfatos.

Los otros tres suelos están compuestos predominantemente de alguno de

estos minerales de arcilla: Caolinita, Ilita y Montmorilonita, escogidas para

24

determinar los efectos de cada uno de los estabilizadores en los tipos de

arcillas más comunes.

Tabla 6. Propiedades del Suelo y Límites de Atterberg

Fuente: Rauch, A. Harmon, J y Otros. (sf) Measured Effects of Liquid Soil Stabilizers on Engineering

Properties of Clay. [Tabla].

Para la dosificación de la mezcla de suelo-polímero se emplearon

relaciones de Disolución (Cuanta cantidad debe ser disuelta en agua - DMR)

y de Aplicación (Cuanta cantidad de producto ha de ser aplicado al suelo -

AMR) así mismo, le fueron determinados los límites de Atterberg a fin de

compararlos con el suelo natural. También se realizaron ensayos de

compactación, ensayos de expansión libre (ensayo de expansión edométrica

ASTM 4546) y ensayo de compresión triaxial no consolidada (resistencia

triaxial ASTM D2850) tanto en los suelos naturales como en la mezcla suelo-

polímero. El suelo natural fue compactado aplicando el ensayo de Proctor

Modificado ASTM D1557 a fin de determinar la Humedad Óptima de

Compactación, la compactación de las muestras de suelo-polímero se

25

realizaron siguiendo un protocolo específico. Los resultados obtenidos para

estos ensayos se enumeran a continuación.

• En cuanto a las propiedades plásticas, Rauch, A. y otros

observaron que ninguno de los estabilizadores ensayados

incrementa o disminuye el Índice Plástico.

• No se evidenció un efecto significativo en el Peso Específico Seco

del suelo con el empleo de estabilizadores poliméricos. Siendo la

única consideración, por parte del autor, la disminución del

contenido de agua, esto debido a las pérdidas por evaporación en

el mezclado.

• En cuanto al ensayo de expansión libre, los resultados se dan en

base a los tres productos empleados, sin embargo, al considerar

solo el uso del polímero se puede decir que este reduce el

potencial de expansión de la ilita en un 5% aproximadamente y el

de la montmorilonita en un 10 %, mientras que para la caolinita el

empleo de este estabilizador produce expansión. Los autores

afirman que los resultados no evidencian un buen desempeño en

cuanto a la expansividad debido a las variaciones previas en el

contenido de agua de las muestras.

• Finalmente, no se observaron mejoras sustanciales en cuanto a la

resistencia del suelo en los ensayos de resistencia triaxial

realizados, los autores reiteran que los resultados obtenidos están

condicionados por la variación del contenido de agua inicial en las

probetas compactadas pese al resultado obtenido para la

resistencia en la arcilla-caolinita.

26

De acuerdo con los resultados listados anteriormente, los autores

concluyen que no se observan cambios significativos en las propiedades de

los suelos ensayados en estas pruebas. Así mismo, recalcan que las

variaciones en las muestras de suelo compactado tienen gran incidencia en

los resultados obtenidos, es decir, la variación en el contenido de agua inicial

de varias muestras afectó los resultados para la resistencia y el grado de

expansión, y esto puede resultar aún más importante que el efecto del

estabilizador empleado.

No obstante, los autores reconocen que la situación podría ser diferente

para aplicaciones en campo y/o cuando las cantidades empleadas son

mayores. Igualmente reconocen las debilidades y diferencias que conllevan

las pruebas de laboratorio en contraposición con lo ocurrido en otro tipo de

ambiente. Por otra parte, las conclusiones obtenidas de este estudio son

paralelas con las obtenidas por Scholen, D. (1995) en donde este autor

menciona un excelente desempeño de los estabilizadores químicos utilizados

en algunos proyectos, los cuales difieren de los obtenidos a través de

ensayos de laboratorio en donde se han testeado la propiedades del suelo

(límites de Atterberg, resistencia al corte, entre otros) la razón de estos

resultados contradictorios estriba en que: los estabilizadores químicos alteran

la mineralogía de las arcillas finas, convirtiéndolas en un material cuyas

propiedades no pueden ser determinadas empleando los ensayos

comúnmente utilizados de acuerdo con lo expresado por el autor.

Este resultado, se debe a que los estabilizadores químicos contienen

componentes que pueden remover los cationes de la arcilla y permitir que se

produzca la hidrólisis, ocasionando la lateralización del suelo. Proceso en el

27

cual los minerales arcillosos se disuelven en tanto el hierro (Fe) y el aluminio

(Al) se acumulan en forma de óxidos

Conclusiones

La necesidad de adecuar el suelo de fundación para la construcción

fundamenta los procedimientos mecánicos y químicos para su estabilización,

esta se realiza principalmente con el objetivo de mejorar las propiedades

físicas del suelo, controlar la expansión, eliminar o reducir la formación de

polvos finos en pistas de aterrizaje y evitar la entrada de agua para preservar

la resistencia. Entre los aditivos que se han usado tradicionalmente para la

estabilización de suelos se encuentran el cemento, la cal y más

recientemente la adición de ceniza de cáscara de arroz a esta última entre

otros. Utilizados para modificar las características fisicoquímicas del suelo

con el propósito antes mencionado.

Los polímeros son sustancias provenientes de la unión de muchas

moléculas o monómeros, para formar macromoléculas. El uso de polímeros

como estabilizantes, ya sea como líquidos disueltos o en forma de fibras, ha

surgido como alternativa ante las desventajas que presentan los

estabilizantes tradicionales en cuanto a costos, tiempos de aplicación o

resultados no deseados. Estudios llevados a cabo por diferentes

investigadores concluyeron que los polímeros como la Resina de Urea

Formaldehido (UFR) puede ser recomendado como estabilizador para suelos

arenosos, debido a que los resultados obtenidos indican que este disminuye

el valor de la Humedad Óptima a la vez que aumenta los valores del CBR así

como el ángulo de fricción interna � y la cohesión c.

28

Otra investigación, realizada sobre la adición de Poliuretano para el

control de expansión sobre un suelo tipo CH (arcilla inorgánica de alta

plasticidad), demostró que esta muestra una reducción del 40% respecto al

suelo natural, así como una reducción del coeficiente de permeabilidad. Así

mismo, se mencionó otro estudio realizado sobre una mezcla de cal-ceniza

de cáscara de arroz a la cual le fueron agregadas fibras provenientes de

plástico de desecho la cual, de acuerdo con lo expresado por los autores

suprime el comportamiento frágil del suelo tratado con cal-ceniza.

Igualmente, la adición de estas fibras incrementa las fuerzas de tensión y la

relación de fuerzas así también influye significativamente en el valor de la

cohesión.

En cuanto a los inconvenientes o dificultades presentados cuando se

adiciona polímeros al suelo, varios de los autores consultados no evidencian

cambios importantes en las propiedades físicas del suelo, especialmente en

lo relacionado a la resistencia de este. Quedando su uso como sellante ante

la entrada de agua y para controlar la expansión. Aunque se reconoce que

los ensayos conducidos en laboratorio pueden diferir en cuanto a las

proporciones y condiciones encontradas en campo; así mismo, cabe la

posibilidad de que el material formado por la adición de polímero no pueda

ser ensayado por pruebas tradicionales por ser un material completamente

diferente.

Finalmente, es posible concluir que existen opiniones encontradas sobre

el uso de polímeros como estabilizantes del suelo; encontrándose opiniones

favorables y resultados no concluyentes de acuerdo con la publicación

consultada. A este respecto, los ensayos se limitan a adicionar polímero a un

tipo particular de suelo y luego realizar las pruebas correspondientes a las

normas. En ninguna de las bibliografías que hablan a favor del uso de

polímeros se comparan estos contra los estabilizantes tradicionales. Por

tanto, es posible afirmar que el uso de polímeros como estabilizantes

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requiere más investigaciones y ensayos, por ser esta una tecnología en

desarrollo. Es por esto por lo que su uso todavía no puede ser descartado.

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