¿Qué significa realmente estabilizar un suelo?
Cuando hablamos de estabilización de suelos, es frecuente asociar el concepto inmediatamente con aumentar la resistencia a compresión o la capacidad portante del terreno.
Sin embargo, esta es solo una parte del problema.
Un suelo puede presentar una elevada resistencia y, aun así, experimentar cambios volumétricos, pérdida de capacidad portante por aumento de humedad, hinchamiento, retracción, fisuración o incluso colapso bajo determinadas condiciones.
Por eso, una forma más completa de entender la estabilización es la siguiente:
Estabilizar un suelo consiste en modificar o controlar aquellas propiedades que pueden comprometer su estabilidad volumétrica y su comportamiento durante la vida útil de la infraestructura.
Y esto conduce a una conclusión importante: no existe una única forma de estabilizar un suelo, porque tampoco existe un único mecanismo de inestabilidad.
Primero hay que entender qué problema queremos resolver
Imaginemos la explanada o una capa estructural de una carretera.
Durante su vida útil estará sometida a millones de ciclos de carga, cambios de temperatura, infiltraciones de agua y variaciones estacionales de humedad.
El objetivo no debería ser únicamente conseguir una determinada resistencia el día que termina la obra. Lo importante es que el material conserve unas propiedades compatibles con las exigencias del proyecto durante su vida en servicio.
Dependiendo del suelo y de las condiciones ambientales, conseguirlo puede requerir actuaciones muy diferentes.
En algunos casos será necesario aumentar la cohesión y la resistencia mecánica. En otros, controlar la plasticidad o el hinchamiento. En otros, impedir que el suelo alcance grados de saturación que provoquen una pérdida significativa de capacidad portante.
También puede ser necesario mejorar el curado, reducir la susceptibilidad al agua o combinar varias de estas funciones.
Por ello, antes de seleccionar una tecnología de estabilización deberíamos preguntarnos:
¿Cuál es el mecanismo que puede provocar que este suelo pierda su estabilidad o deje de cumplir su función?
Solo después tiene sentido decidir cómo intervenir.
1. Conglomerantes hidráulicos: cemento y cal
La estabilización con cemento o cal es probablemente una de las técnicas más conocidas y utilizadas.
Su principio fundamental consiste en generar nuevas uniones entre las partículas del suelo y modificar su estructura, consiguiendo incrementar su cohesión y desarrollar propiedades mecánicas adecuadas.
El cemento presenta, entre otras ventajas, un desarrollo relativamente rápido de resistencia y una amplia disponibilidad internacional.
La cal, por su parte, tiene especial interés en determinados suelos arcillosos, donde además de participar en reacciones posteriores puede producir modificaciones importantes en su comportamiento y trabajabilidad.
Sin embargo, tampoco son soluciones universales.
La naturaleza mineralógica del suelo, su plasticidad, la presencia de materia orgánica, sulfatos u otros componentes, las condiciones de curado y la dosificación pueden afectar significativamente al resultado.
Además, una estabilización excesivamente rígida puede favorecer determinados mecanismos de fisuración.
Por tanto, más conglomerante no significa necesariamente mejor estabilización. La dosificación debe responder al comportamiento que se pretende obtener.
2. Polímeros y resinas
Otra familia de estabilizadores está formada por polímeros, resinas y otros ligantes orgánicos.
En lugar de depender exclusivamente de enlaces rígidos de naturaleza hidráulica, algunos de estos productos generan uniones más flexibles entre las partículas.
Pueden resultar interesantes en aplicaciones determinadas, aunque normalmente presentan costes superiores a los conglomerantes tradicionales y sus condiciones de aplicación, durabilidad y compatibilidad con el suelo deben estudiarse específicamente.
Muchos de ellos se aplican por vía húmeda, incorporándose al agua utilizada durante el proceso de mezcla y compactación.
3. Aditivos que mejoran la estabilización con cemento o cal
Existe además una categoría diferente: productos cuya función principal no es necesariamente sustituir al cemento o a la cal, sino mejorar su funcionamiento.
Dentro de este grupo podemos encontrar diferentes tecnologías orientadas, por ejemplo, a modificar las interacciones entre partículas, favorecer determinadas reacciones, mejorar el curado o permitir reducir la cantidad de conglomerante necesaria para alcanzar unas prestaciones determinadas.
El objetivo puede ser reducir costes, disminuir la rigidez o la tendencia a fisuración, facilitar la ejecución en determinadas condiciones climáticas o conseguir propiedades que serían difíciles de alcanzar únicamente aumentando la dosificación de cemento o cal.
La estabilización pasa entonces de depender de un único producto a convertirse en el diseño de un sistema suelo–conglomerante–aditivo.
4. Hidrofugantes: gestionar el agua en lugar de limitarse a aumentar la resistencia
El agua es uno de los principales factores que condicionan el comportamiento de numerosos suelos.
Un material puede presentar excelentes propiedades mecánicas en unas determinadas condiciones de humedad y perder una parte importante de ellas cuando aumenta su grado de saturación.
Aquí aparece otra estrategia de estabilización: actuar sobre la interacción entre el suelo y el agua.
Los aditivos hidrofugantes buscan reducir la afinidad del material tratado por el agua y limitar su reentrada una vez que la capa ha sido correctamente ejecutada y compactada.
Tecnologías como Terrasil se encuadran dentro de esta filosofía.
El objetivo, en este caso, no consiste simplemente en obtener una mayor resistencia inicial, sino en contribuir a que las condiciones de humedad durante el servicio no conduzcan al suelo hacia estados en los que puedan producirse pérdidas importantes de capacidad portante, deformaciones o fenómenos asociados a determinados suelos expansivos.
Es un cambio conceptual importante:
en determinados terrenos, estabilizar puede significar gestionar el agua tanto o más que aumentar la resistencia.
5. Enzimas y tecnologías reactivas
También existen tecnologías basadas en compuestos reactivos o de origen biológico, entre ellas determinados estabilizadores enzimáticos.
Estas soluciones buscan modificar las interacciones existentes en el suelo y favorecer procesos que generen una estructura más estable.
Dependiendo de la tecnología y del tipo de suelo, pueden plantearse como complemento o alternativa a sistemas convencionales.
Como sucede con cualquier estabilizador, su idoneidad no debería determinarse únicamente por el nombre comercial o por la familia química a la que pertenece, sino mediante ensayos que permitan verificar su comportamiento con el suelo concreto del proyecto.
No todos los estabilizadores hacen lo mismo
Una de las razones por las que existe tanta confusión alrededor de los estabilizadores de suelos es que productos completamente diferentes suelen agruparse bajo una misma denominación.
Una clasificación más útil consiste en preguntarse qué función realiza cada tecnología.
Un estabilizador o aditivo puede estar orientado principalmente a:
aumentar la resistencia o capacidad portante;
modificar la plasticidad;
controlar el hinchamiento o los cambios volumétricos;
reducir la sensibilidad frente al agua;
mejorar la cohesión;
favorecer el curado;
mejorar la trabajabilidad;
reducir la dosificación necesaria de conglomerantes;
o combinar varias de estas funciones.
También podemos clasificarlos por su forma de aplicación.
Algunos productos se incorporan por vía seca, mezclándose directamente con el suelo antes de ajustar la humedad.
Otros se incorporan por vía húmeda, disueltos o dispersados en el agua utilizada durante la ejecución y compactación.
Esta diferencia puede tener importantes consecuencias sobre la logística, los equipos necesarios, la homogeneidad de mezcla y el coste final de ejecución.
La pregunta correcta no es “¿cuál es el mejor estabilizador?”
Probablemente esta sea la conclusión más importante.
Preguntar cuál es el mejor estabilizador de suelos sin conocer previamente el terreno y el problema que se quiere resolver es parecido a preguntar cuál es el mejor medicamento sin conocer la enfermedad.
La pregunta técnicamente relevante es:
¿Qué propiedad de este suelo necesitamos modificar para garantizar el comportamiento requerido durante la vida útil de la infraestructura?
A partir de ahí pueden analizarse la mineralogía y granulometría del suelo, plasticidad, comportamiento frente al agua, capacidad portante, condiciones ambientales, tráfico esperado, disponibilidad de materiales, procedimiento constructivo y coste del tratamiento.
En unos proyectos la solución adecuada será cemento.
En otros será cal.
En otros puede ser un polímero, un tratamiento hidrofugante, una tecnología reactiva o un aditivo combinado con una cantidad reducida de conglomerante.
Y en muchos casos la solución óptima será precisamente una combinación de mecanismos.
De la estabilización de productos a la estabilización por prestaciones
Esta forma de abordar el problema permite avanzar hacia una concepción más moderna de la estabilización de suelos.
En lugar de especificar exclusivamente qué producto hay que añadir y en qué porcentaje, podemos definir qué comportamiento debe alcanzar y conservar el suelo tratado.
Resistencia, estabilidad volumétrica, comportamiento frente al agua, durabilidad, hinchamiento, deformabilidad o capacidad portante pueden convertirse así en parámetros verificables mediante ensayos.
Esto permite comparar tecnologías diferentes por aquello que realmente importa: el desempeño obtenido en el suelo concreto de cada proyecto.
Porque, al final, el objetivo de estabilizar un suelo no es añadir cemento, cal, polímeros, enzimas o hidrofugantes.
El objetivo es mucho más sencillo de formular y mucho más complejo de conseguir:
hacer que el suelo mantenga las propiedades necesarias para cumplir su función durante la vida útil prevista de la infraestructura.
En Optimasoil abordamos la estabilización de suelos desde el análisis del problema y de las prestaciones requeridas. La selección de una tecnología debe partir de la caracterización del suelo, las condiciones ambientales, las solicitaciones previstas y los objetivos del proyecto, verificando posteriormente mediante ensayos la eficacia de la solución propuesta.
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