Estabilización de Suelos

No siempre se encuentran sobre las vías o terrenos a intervenir, los tipos de suelos ideales que garanticen la estabilidad y durabilidad de la estructura de los pavimentos. Por tanto, como alternativa a la utilización de suelos granulares de préstamo y explotación de canteras, se hace necesario la utilización de diferentes técnicas de estabilización química de suelos para mejorar las condiciones y características de los suelos naturales mediante el tratamiento de suelos. El cambio en las propiedades del suelo permite la optimización de estructuras de pavimento, junto con la reducción de espesores, sin que esto afecte el desempeño de la estructura del pavimento a lo largo de los años.

La creciente demanda por obras con menor impacto ambiental, y “obras verdes”, además de la latente necesidad de los gobiernos de ahorrar y extender el alcance de su presupuesto, hace que el aprovechamiento de suelos naturales sea una opción altamente viable. 

En obra, pueden encontrarse suelos arcillosos, limosos y/o arenosos que no cumplen con las características de resistencia para conformar una estructura. Es posible aprovechar este suelo natural y hacer una mejora del suelo, mediante la implementación de diferentes técnicas de estabilización química de suelos, par así lograr mejorar las condiciones físicas y mecánicas del mismo. Existen diferentes técnicas de estabilización en el mercado que logran diferentes resultados, es importante determinar un estabilizante de suelos apto, idóneo que se ajuste a las propiedades del suelo para lograr un exitoso tratamiento de suelos; tales como lo son:

• Estabilización con cemento (suelo cemento)
• Estabilización iónica (polímeros)
• Estabilización acrílica
• Estabilización con cal (suelo cal)
• Estabilización con Emulsión

¿Qué es la estabilización de suelos?

La estabilización de un suelo permite convertir un suelo “malo” o que no cumple con las características necesarias para la conservación y durabilidad de una estructura de pavimento, en un suelo que si cumpla con las características técnicas de desempeño, tales como la resistencia a compresión, capacidad estructural, permeabilidad, durabilidad, resistencia al desgaste, entre otros factores. 

El proceso consta típicamente de un análisis previo del suelo que permita conocer su caracterización básica, así poder conocer los puntos fuertes del suelo y asimismo sus deficiencias, es importante conocer las partículas del suelo en profundidad, es necesario conocer si son suelos expansivos, y demás condiciones del material para poder determinar la mejor forma de estabilizar los suelos existentes. En base a las características encontradas, se determina cual es el o los mejores estabilizante(s) para “arreglar” las deficiencias del suelo y escoger bien entre la gama de productos, el que mejor desempeño tenga, y además, logre un desarrollo de resistencia de tal forma que el material estabilizado cumpla con la normativa vigente y el diseño exigido. .

Posteriormente es necesario hacer un diseño de mezcla con el o los estabilizantes idóneos para el suelo a trabajar, a través del análisis del desempeño obtenido con diferentes dosificaciones, típicamente tres o cuatro puntos de esfuerzo vs. dosificación para encontrar el óptimo. No siempre se va a lograr una compresión inconfinada con un solo producto, algunos suelos inestables requieren más de un tipo de estabilizante en la mezcla de suelo; inclusive, es posible que un solo estabilizante logre cumplir con la compresión inconfinada y la normativa vigente, sin embargo, puede ser posible lograr los mismos resultados de la citada normativa con el material estabilizado mediante el uso combinado de productos. 

Existe diversa literatura al respecto, sobre metodologías de diseño, metodologías de ejecución, controles de obra, tal como Guide to Pavement Technology de AustRoads, Low Volume Road Engineering de Robert Douglas, Soil Cement Construction Handbook de PCA, Manual de Estabilización de Suelos con Cemento o Cal de IECA. Cabe anotar que no siempre la literatura local en cada país es idónea, muchas veces los textos tienden a ser paquidérmicos o anticuados, en comparación con literatura disponible en el resto del mundo, que está totalmente avanzada y actualizada, no solo eso, sino en constante progreso y actualización. 

En Pro-Road, uno de los pilares fundamentales de nuestra propuesta de valor para el mejoramiento y pavimentación vial es la estabilización de suelos naturales, al contar con estabilizaciones alternativas con suelos también variados. El grupo de empresas Pro-Road cuentan con tecnología de materiales de punta que permiten abarcar la gran mayoría de los suelos encontrados en el mundo. El trabajo inicia desde la fabricación, desarrollo de productos estabilizantes y cementantes, el diseño de estructuras con estos productos, hasta su implementación en obras viales. 

¿Qué tipo de estabilizante se debe usar en cada suelo?

Las características del suelo determinan el tipo de estabilizante óptimo, o en su defecto, la combinación de estabilizantes óptima. Es preciso analizar las características del suelo, tales como sus límites de Atterberg (índice de plasticidad), granulometría y resistencia a la compresión, esta última puede ser en forma de compresión simple, CBR (California Bearing Ratio), DCP (Dynamic Cone Penetrometer), etc. Y por otra parte es necesario conocer las necesidades estructurales de la vía en función del tráfico (TPD y ESALs acumulados) y esfuerzos a los que será sometida durante su período de diseño. Por último, es necesario conocer el presupuesto, pues al fin y al cabo es el que hace que la vía se vuelva una realidad.

En conjunción de los anteriores factores, se determina uno o varios estabilizantes que logren cumplir los requerimientos de desempeño dentro del presupuesto requerido. Por ejemplo, es de común conocimiento que los suelos de característica arcillosa o de media-alta plasticidad, se compartan bien al ser estabilizados con productos como la cal, estabilizantes iónicos (PREI-16) o el cemento tipo portland de forma complementaria. También es común encontrarse con suelos arenosos, de baja o nula plasticidad, sin ningún tipo de granulometría gruesa, los estabilizantes acrílicos (PREA-03) funcionan bien, algunas veces en conjunción con cementantes o bien, estabilizantes iónicos. Los suelos granulares, afirmados, lastres, funcionan bien con estabilización con cemento, o suelo cemento, cabe anotar que es imprescindible analizar la plasticidad y la granulometría para garantizar una buena matriz, y asimismo una óptima resistencia.

Muchas veces también, resulta más económico agregarle otro suelo en función del contenido de arcilla del suelo, por ejemplo si hay un afirmado cerca se le puede agregar al suelo existente y puede ser más económico que la estabilización química, logrando la misma calidad del suelo en la capa del suelo estabilizado. También es posible el uso combinado de estabilizantes, por ejemplo en suelos de alta plasticidad funciona muy bien el estabilizante iónico PREI-16 y hay veces se puede optimizar el diseño de las capas de suelo al agregar cal al suelo. Siempre es fundamental clasificar las categorías de suelos previo al inicio del diseño. También es crucial controlar la sensibilidad al agua así como el resultado óptimo encontrado en el agua del proctor para cada suelo. El contenido de agua óptimo se debe lograr o aproximar en campo, independientemente del estabilizante utilizado, por lo que también, en obra, es necesario conocer las tendencias de agua de lluvia y clima para  evitar alejarse del contenido de agua óptimo y que los suelos existentes se vuelvan suelos inestables sin una óptima compactación. Los suelos estabilizados deben cumplir con las dosificaciones de agua y estabilizante obtenidas en laboratorio, solo así se podrá obtener una compactación de suelos óptima en obra. En obra, también es fundamental lograr una mezcla homogénea, no basta con controlar la humedad y condiciones ambientales; el no lograr una óptima mezcla de suelo con los equipos para el movimiento de tierras, puede resultar en un suelo de baja calidad que no alcance la capacidad portante requerida. Es posible realizar controles en campo que comprueben la densidad de diseño, idealmente, varias muestras por lote o tramo ejecutado, así como es necesario tomar varias probetas para fallar en laboratorio, según indica la normatividad actual que rige este tipo de procedimientos en cada país. 

Los limos de baja plasticidad tienden a ser algo complejos, pues es posible lograr la resistencia con diversos productos, sin embargo, sus características físicas y químicas son las que permitirán, o no, que determinadas soluciones de estabilización funcionen, estos suelos finos pueden tener una alta variabilidad. Por ejemplo, en algunos suelos, es posible lograr la resistencia mediante la estabilización con emulsiones asfálticas, posiblemente con el complemento de algún tipo de cementante. Adicionalmente, es posible lograr las condiciones de resistencia con estabilizantes acrílicos (PREA-03), muchas veces, complementados con estabilizantes iónicos (PREI-16), en función de la plasticidad que tenga el suelo, en caso de tener baja o nula plasticidad, será mejor complementarlo sencillamente con cemento portland.

Contáctenos para mayor información y poder convertir sus proyectos en una realidad, sus suelos “malos” en estructuras resistentes y duraderas, que además le ahorren dinero. En Pro-Road trabajamos desde el diseño y concepción de una estabilización, hasta el presupuesto y ejecución física de las obras civiles.

Suelo Cemento

El suelo cemento, o la estabilización de suelos con cemento, consta de la mezcla de cemento, generalmente portland, con suelos para mejorar sus condiciones de desempeño. La mezcla con cemento genera un aumento en la capacidad de soporte (resistencia a la compresión), y una reducción del índice de plasticidad.

¿Qué suelo se puede estabilizar con cemento?

En teoría todos los suelos se pueden estabilizar con cemento, excepto los de muy alta plasticidad y los suelos orgánicos. Más allá de si se puede estabilizar o no un suelo natural, es importante analizar el costo de estabilizar un suelo de esta forma. Para lo anterior, es necesario determinar el porcentaje de cemento óptimo para llegar a la resistencia y las condiciones requeridas, ya que un contenido de cemento demasiado alto, posiblemente hace que el m3 de suelo estabilizado quede por fuera del presupuesto. De forma complementaria, el cemento, puede ser usado de forma combinada con estabilizantes iónicos (PREI-16) en suelos de alta o media plasticidad, y así optimizar las dosificaciones, y asimismo, los costos.

Métodos de construcción

El suelo cemento consta, al igual que la mayoría de las técnicas para la estabilización de suelos; de incorporar un producto, en este caso, cemento, con el suelo existente, homogenizarlo, adicionar agua para que el suelo llegue a su humedad óptima de compactación, y así poder perfilar el suelo y posteriormente compactarlo. Por último, luego de la compactación, sigue un proceso de curado que consta de humectar la superficie compactada para reducir su velocidad de deshidratación y así evitar la aparición de patologías como el agrietamiento.

Para conocer con mayor profundidad las diferentes formas de ejecución de obra, con diferentes tipos de maquinaria y conocer sobre el darwinismo de la construcción y cual es el mejor proceso constructivo para su obra, contáctenos.

Estabilizantes Iónicos

La estabilización iónica, o la estabilización de suelos con polímeros iónicos, consta de la mezcla de un producto surfactante (anglicismo, tomado de la palabra surfactant, que a su vez es un término que proviene de “Surface active agent”), en este caso, en PRO-ROAD utilizamos el producto PREI-16, que es un acrónimo para Pro Road Estabilizante Iónico 16, con suelos inestables y suelos finos (en un porcentaje) para mejorar sus condiciones de desempeño. La mezcla con del producto iónico PREI-16 con los suelos genera una reacción química-iónica con las moléculas del suelo que resulta en un aumento en la capacidad de soporte (resistencia a la compresión), y una reducción del índice de plasticidad, y el resultado con suelos estabilizados de alta durabilidad. El producto PREI-16 además actúa como un ligante entre las partículas de los suelos existentes, aprovechando además su condición cohesiva, pero con reducción de plasticidad, termina generando unas condiciones idóneas para convertir un suelo arcilloso o limoso, en general cohesivo y de baja capacidad portante, en un suelo de alto desempeño y convierte una estructura de baja calidad a una estructura de alta calidad.

¿Qué suelo se puede estabilizar con estabilizantes iónicos?

En teoría todos los suelos que tengan un mínimo de plasticidad, se pueden estabilizar con el PREI-16, excepto los de nula plasticidad y los suelos orgánicos. Más allá de si se puede estabilizar o no un suelo natural, es importante analizar el costo de estabilizar un suelo de esta forma. Para lo anterior, es necesario determinar el porcentaje o litros por m3 de producto óptimos para llegar a la resistencia y las condiciones requeridas, ya que un contenido de estabilizante demasiado alto, posiblemente hace que el m3 de suelo estabilizado quede por fuera del presupuesto. Adicionalmente, es necesario analizar la complementariedad de este tipo de productos con otros estabilizantes, tales como el cemento o la cal, de esta forma, optimizar la mezcla de la estabilización. De forma complementaria, el PREI-16, puede ser usado de forma combinada con cal y/o cemento en suelos de alta plasticidad, y así optimizar las dosificaciones, y asimismo, los costos.

Métodos de construcción

El suelo polímero consta, al igual que la mayoría de las técnicas para la estabilización de suelos; de incorporar un producto, en este caso, PREI-16, con el suelo existente, homogenizarlo, mezclado/diluido previamente agua para que el suelo llegue a su humedad óptima de compactación, y así poder perfilar el suelo y posteriormente compactarlo. Por último, luego de la compactación, sigue un proceso de curado que consta de humectar la superficie compactada para reducir su velocidad de deshidratación y así evitar la aparición de patologías como el agrietamiento.

Para conocer con mayor profundidad las diferentes formas de ejecución de obra, con diferentes tipos de maquinaria y conocer sobre el darwinismo de la construcción, contáctenos.

Estabilizantes Acrílicos

La estabilización acrílica, o la estabilización de suelos con acrílicos, consta de la mezcla de un producto surfactante y cementante líquido (anglicismo, tomado de la palabra surfactant, que a su vez es un término que proviene de “Surface active agent”), en este caso, en PRO-ROAD utilizamos el producto PREA-03, que es un acrónimo para Pro Road Estabilizante Acrílico 03, con suelos para mejorar sus condiciones de desempeño. La mezcla con del producto acrílico PREA-03 con los suelos genera una reacción química-cementante con las moléculas del suelo que resulta en un aumento en la capacidad de soporte (resistencia a la compresión) al hacer las veces de cementante. El producto PREA-03 además actúa como un adhesivo cementante entre las partículas de suelo, ligando las partículas y endureciendo como una matriz monítica de suelo, y así termina creando unas condiciones idóneas para convertir un suelo de baja plasticidad, en general suelto y de baja capacidad portante, en un suelo de alto desempeño y alta dureza.

¿Qué suelo se puede estabilizar con estabilizantes acrílicos?

En teoría todos los suelos que tengan un baja plasticidad, se pueden estabilizar con el PREA-03, excepto los de alta plasticidad y los suelos orgánicos. Más allá de si se puede estabilizar o no un suelo natural, es importante analizar el costo de estabilizar un suelo de esta forma. Para lo anterior, es necesario determinar el porcentaje o litros por m3 de producto óptimos para llegar a la resistencia y las condiciones requeridas, ya que un contenido de estabilizante demasiado alto, posiblemente hace que el m3 de suelo estabilizado quede por fuera del presupuesto. Adicionalmente, es necesario analizar la complementariedad de este tipo de productos con otros estabilizantes, tales como el cemento o la cal o estabilizantes iónicos (PREI-16), de esta forma, optimizar la mezcla de la estabilización. De forma complementaria, el PREA-03, puede ser usado de forma combinada con cal, cemento y/o estabilizante iónico PREI-16 en suelos de mediana plasticidad, y así optimizar las dosificaciones, y asimismo, los costos.

Métodos de construcción

El suelo acrílico consta, al igual que la mayoría de las técnicas para la estabilización de suelos; de incorporar un producto, en este caso, PREA-03, con el suelo existente, homogenizarlo, mezclado/diluido previamente agua para que el suelo llegue a su humedad óptima de compactación, y así poder perfilar el suelo y posteriormente compactarlo. Por último, luego de la compactación, sigue un proceso de curado que consta de humectar la superficie compactada para reducir su velocidad de deshidratación y así evitar la aparición de patologías como el agrietamiento.

Para conocer con mayor profundidad las diferentes formas de ejecución de obra, con diferentes tipos de maquinaria y conocer sobre el darwinismo de la construcción, contáctenos.

Estabilización con Cal (Suelo Cal)

El suelo cal, o la estabilización de suelos con cal, consta de la mezcla de cal, generalmente cal viva, con suelos para mejorar sus condiciones de desempeño. La mezcla con cal genera un aumento en la capacidad de soporte (resistencia a la compresión), y una reducción del índice de plasticidad.

¿Qué suelo se puede estabilizar con cal?

Los suelos idóneos para la estabilización con cal son los arcillosos, inclusive limosos, de mediana y alta plasticidad, el resto de suelos, incluidos los orgánicos, no son idóneos para este tipo de solución.. Más allá de si se puede estabilizar o no un suelo natural, es importante analizar el costo de estabilizar un suelo de esta forma. Para lo anterior, es necesario determinar el porcentaje de cal óptimo para llegar a la resistencia y las condiciones requeridas, ya que un contenido de cal demasiado alto, posiblemente hace que el m3 de suelo estabilizado quede por fuera del presupuesto. De forma complementaria, el cemento, puede ser usado de forma combinada con estabilizantes iónicos (PREI-16) en suelos de alta o media plasticidad y con cemento porland, y así optimizar las dosificaciones, y asimismo, los costos.

Métodos de construcción

El suelo cal consta, al igual que la mayoría de las técnicas para la estabilización de suelos; de incorporar un producto, en este caso, cal, con el suelo existente, homogenizarlo, adicionar agua para que el suelo llegue a su humedad óptima de compactación, y así poder perfilar el suelo y posteriormente compactarlo. Por último, luego de la compactación, sigue un proceso de curado que consta de humectar la superficie compactada para reducir su velocidad de deshidratación y así evitar la aparición de patologías como el agrietamiento.

Estabilización con Emulsión

El suelo estabilizado con emulsión asfáltica, o la estabilización de suelos con emulsión, consta de la mezcla de una emulsión, generalmente CRL (Catiónica de Rompimiento Lento), con suelos para mejorar sus condiciones de desempeño. La mezcla con emulsión genera un aumento en la capacidad de soporte (resistencia a la compresión), y adhesión entre las partículas, generalmente se acompaña con cal viva, cemento u otros aditivos acrílicos catiónicos (PREA-03+).

¿Qué suelo se puede estabilizar con emulsión?

Los suelos idóneos para la estabilización con emulsión son los de baja plasticidad, sean de características granulares o bien un limo de baja o nula plasticidad, el resto de suelos, de mediana u alta plasticidad, incluidos los orgánicos, no son idóneos para este tipo de solución. Más allá de si se puede estabilizar o no un suelo natural, es importante analizar el costo de estabilizar un suelo de esta forma. Para lo anterior, es necesario determinar el porcentaje de emulsión óptimo, asimismo el contenido de asfalto de la misma, para llegar a la resistencia y las condiciones requeridas, ya que un contenido de emulsión demasiado alto, posiblemente hace que el m3 de suelo estabilizado quede por fuera del presupuesto. De forma complementaria, la emulsión puede ser usado de forma combinada con estabilizantes acrílicos, cemento y/o cal, y así optimizar las dosificaciones, y asimismo, los costos.

Métodos de construcción

El suelo estabilizado con emulisón consta, al igual que la mayoría de las técnicas para la estabilización de suelos; de incorporar un producto, en este caso, emulsión asfáltica, con el suelo existente, homogenizarlo, adicionar agua (posiblemente) para que el suelo llegue a su humedad óptima de compactación, y así poder perfilar el suelo y posteriormente compactarlo. Por último, luego de la compactación, sigue un proceso de curado que consta de dejar airear la superficie compactada para permitir la evaporación de solventes y agua en exceso, y así evitar la aparición de patologías como el agrietamiento o sangrado con el paso del tiempo. En caso de presentarse sangrado, es posible agregar una cama de triturado que prevenga a la emulsión asfáltica del contacto con las llantas de los vehículos.