La estabilización del suelo es un término general para cualquier método físico, químico, mecánico, biológico o combinado de cambiar un suelo natural para cumplir con un propósito de ingeniería. [1] Las mejoras incluyen aumentar la capacidad de soportar peso, la resistencia a la tracción y el rendimiento general de subsuelos inestables , arenas y materiales de desecho para fortalecer los pavimentos de las carreteras .
Algunas tecnologías renovables son las enzimas, los surfactantes , los biopolímeros , los polímeros sintéticos, los productos a base de copolímeros , los polímeros acrílicos de estireno reticulados , las resinas de árboles, los estabilizadores iónicos, el refuerzo de fibras, el cloruro de calcio , la calcita , el cloruro de sodio , el cloruro de magnesio y más. Algunas de estas nuevas técnicas de estabilización crean superficies y masas hidrofóbicas que evitan que la carretera se descomponga debido a la penetración de agua o a fuertes heladas al inhibir la entrada de agua en la capa tratada.
Sin embargo, la tecnología reciente ha aumentado el número de aditivos tradicionales utilizados para la estabilización del suelo. Estos estabilizadores no tradicionales incluyen productos a base de polímeros (por ejemplo, polímeros acrílicos de estireno a base de agua reticulados que mejoran significativamente la capacidad de carga y la resistencia a la tracción de los suelos tratados), productos a base de copolímeros, refuerzo de fibra, cloruro de calcio y cloruro de sodio.
El suelo también se puede estabilizar mecánicamente con geosintéticos de estabilización , por ejemplo, geomallas o geoceldas , una técnica de estabilización mecánica del suelo en 3D. La estabilización se logra mediante el confinamiento del movimiento de partículas para mejorar la resistencia de toda la capa. El confinamiento en las geomallas se realiza mediante el enclavamiento entre el agregado y la malla (y la membrana tensada), y en las geoceldas, mediante el confinamiento de la pared celular (tensión de aro) sobre el agregado. [2]
Los tipos de técnicas de estabilización de suelos tradicionalmente aceptados y ampliamente aceptados utilizan productos como emulsiones de betún que se pueden utilizar como agentes aglutinantes para producir una base de carretera. Sin embargo, el betún no es un producto respetuoso con el medio ambiente y se vuelve quebradizo cuando se seca. El cemento Portland se ha utilizado como alternativa a la estabilización del suelo. Sin embargo, a menudo puede ser un componente caro y no una alternativa respetuosa con el medio ambiente . Las cenizas volantes de cemento, las cenizas volantes de cal (por separado o con cemento o cal), el betún, el alquitrán, el polvo de horno de cemento (CKD), la resina de árbol y los estabilizadores iónicos son agentes estabilizadores de uso común. Otras técnicas de estabilización incluyen el uso de materiales en el lugar, incluidos subsuelos, arenas, desechos mineros, desechos de la industria de la piedra natural [3] y desechos de construcción triturados para proporcionar carreteras locales estables y libres de polvo para un control completo del polvo y la estabilización del suelo.
Muchas alternativas respetuosas con el medio ambiente tienen básicamente la misma fórmula que los jabones en polvo , que se limitan a lubricar y realinear el suelo sin propiedades aglutinantes efectivas. Muchos de los nuevos enfoques se basan en grandes cantidades de arcilla con sus propiedades aglutinantes inherentes. El betún, las emulsiones de alquitrán, el asfalto, el cemento y la cal se pueden utilizar como agentes aglutinantes para producir una base para carreteras.
La Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales (NSPE, por sus siglas en inglés) ha explorado nuevos tipos de tecnología de estabilización de suelos, en busca de alternativas efectivas y no dañinas. Una alternativa utiliza una nueva tecnología de estabilización de suelos, un proceso basado en la reticulación de polímeros acrílicos de estireno . Otra alternativa utiliza cristales largos para crear una formación de celdas cerradas que es impermeable al agua, las heladas, los ácidos y la sal.
Utilizando una nueva tecnología de estabilización del suelo, un proceso de reticulación dentro de la formulación polimérica puede reemplazar los métodos tradicionales de construcción de carreteras y viviendas de una manera respetuosa con el medio ambiente y eficaz.
Otro método de estabilización de suelos, denominado método de mezcla profunda, es no destructivo y eficaz para mejorar la capacidad de carga de estratos de suelo débiles o sueltos. Este método utiliza una sonda de inyección pequeña, del tamaño de una moneda de un centavo, minimiza los escombros y es ideal para la recompactación y consolidación de estratos de suelo débiles, aumentando y mejorando la capacidad de carga debajo de las estructuras y la remediación de problemas de sumideros superficiales y profundos. Esto es particularmente eficiente cuando existe la necesidad de apoyar infraestructuras públicas y privadas deficientes.
Los atributos del cloruro de magnesio que absorbe agua (delicuescente) incluyen
Sin embargo, las limitaciones incluyen:
El uso de cloruro de magnesio en las carreteras sigue siendo controvertido. Los defensores afirman (1) un aire más limpio, lo que conduce a una mejor salud ya que el polvo fugitivo puede causar problemas de salud en los jóvenes, los ancianos y las personas con afecciones respiratorias; [6] y (2) una mayor seguridad a través de mejores condiciones de la carretera, [7] [8] incluyendo una mayor visibilidad del conductor y una disminución de los riesgos causados por grava suelta, puntos blandos, asperezas de la carretera y rocas voladoras. [9] Reduce los sedimentos extraños en las aguas superficiales cercanas [10] (polvo que se deposita en arroyos y riachuelos), ayuda a prevenir el retraso en el crecimiento de los cultivos causado por poros obstruidos en las plantas y mantiene limpios los vehículos y la propiedad. [11] Otros estudios muestran que el uso de sales para descongelar carreteras o suprimir el polvo puede contribuir a que cantidades sustanciales de iones de cloruro se escurran de la superficie de las carreteras tratadas con los compuestos. Las sales MgCl 2 (y CaCl 2 ) son muy solubles en agua y se disocian. [12] Las sales, cuando se utilizan en superficies de carreteras, se disolverán durante el tiempo húmedo y serán transportadas al agua subterránea a través de la infiltración y/o escorrentía hacia cuerpos de agua superficiales. [8] La infiltración de agua subterránea puede ser un problema y el ión cloruro en el agua potable se considera un problema cuando las concentraciones superan los 250 mg/L. Por lo tanto, está regulado por las normas de agua potable de la EPA de los Estados Unidos. La concentración de cloruro en el agua subterránea o superficial depende de varios factores, entre ellos:
Además, la concentración de cloruro en las aguas superficiales también depende del tamaño o caudal del cuerpo de agua y de la dilución resultante lograda. En un estudio de concentración de cloruro realizado en Wisconsin durante un período de deshielo invernal, se analizó la escorrentía de los desagües de las carreteras. Todos los estudios indicaron que la concentración de cloruro aumentó como resultado de las actividades de deshielo, pero los niveles todavía estaban por debajo del MCL de 250 mg/L establecido por la EPA. [14] [15] [16] [17] [18] Sin embargo, se desconoce el efecto a largo plazo de esta exposición.
Aunque la EPA de los Estados Unidos ha establecido la concentración máxima de cloruro en el agua para uso doméstico en 250 mg/L, los animales pueden tolerar niveles más altos. En niveles excesivamente altos, se dice que el cloruro afecta la salud de los animales. [19] Como afirmó el Comité Técnico Asesor Nacional del Secretario del Interior (1968), “La salinidad puede tener un doble efecto sobre la vida silvestre: uno directo que afecta los procesos corporales de las especies involucradas y uno indirecto que altera el medio ambiente haciendo que la perpetuación de las especies vivas sea difícil o imposible”. Un problema importante asociado con el uso de sal para descongelar en lo que respecta a la vida silvestre es que se sabe que la fauna silvestre tiene “antojo de sal” y, por lo tanto, se siente atraída por las carreteras saladas, lo que puede ser un peligro para el tráfico tanto para los animales como para los automovilistas.
En lo que respecta a la acumulación de sales de cloruro en los suelos de las carreteras, incluidos los efectos adversos sobre la fisiología y morfología de las plantas y la vegetación de las carreteras, la documentación se remonta a la era de la Segunda Guerra Mundial [20] y continúa consistentemente hasta la actualidad. [21] En lo que respecta a las plantas y la vegetación, la acumulación de sales en el suelo afecta negativamente a su fisiología y morfología al aumentar la presión osmótica de la solución del suelo, alterar la nutrición mineral de la planta y acumular iones específicos en concentraciones tóxicas en las plantas. ( En cuanto a la aplicación intencional de sales excesivas, consulte Salar la Tierra ).
Los departamentos de carreteras y la industria privada pueden aplicar cloruro de magnesio líquido o en polvo para controlar el polvo y la erosión en caminos no mejorados (de tierra o grava) y lugares de trabajo polvorientos como las canteras, porque es relativamente económico de comprar y aplicar. Su higroscopia hace que absorba la humedad del aire, lo que limita la cantidad de partículas más pequeñas (limos y arcillas) que se dispersan en el aire. El beneficio más significativo de aplicar productos para el control del polvo es la reducción de los costos de mantenimiento de los caminos de grava. [22] Sin embargo, investigaciones y actualizaciones recientes indican que la toxicidad biológica en el medio ambiente en las plantas es un problema continuo. [21] Desde 2001, los camioneros se han quejado de los "químicos asesinos" en las carreteras y ahora algunos estados están dejando de usar productos de sal. [23] [24]
Un pequeño porcentaje de propietarios de pistas cubiertas (por ejemplo, para montar a caballo) pueden aplicar cloruro de magnesio a la arena u otros materiales de "base" para controlar el polvo. Aunque el cloruro de magnesio utilizado en un entorno de pista ecuestre (para caballos) generalmente se conoce como un supresor de polvo, técnicamente es más preciso considerarlo como una actividad de aumento de agua ya que su rendimiento se basa en absorber la humedad del aire y de cualquier otra cosa que entre en contacto con él.
Para controlar o mitigar el polvo, los cloruros necesitan humedad para funcionar de manera eficaz, por lo que funcionan mejor en climas húmedos que en climas áridos. A medida que aumenta la humedad, el cloruro absorbe la humedad del aire para mantener la superficie húmeda y, a medida que disminuye la humedad, se difunde y libera humedad. Estos cambios de equilibrio que ocurren naturalmente también permiten que los cloruros se utilicen como agente deshidratante, incluido el secado, el curado y la conservación de pieles. [25]
Como estabilizador de carreteras, el cloruro de magnesio une las partículas de grava y arcilla para evitar que se salgan de la carretera. Las características de absorción de agua (higroscópicas) del cloruro de magnesio evitan que la carretera se seque, lo que mantiene la grava en el suelo. La carretera permanece continuamente "mojada", como si un camión cisterna acabara de rociarla. [26]
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)