Estabilizando caminos de tierra

Opción 2: con silicato de sodio líquido.

*Por Mg. Ing. María Pía Cruz y Mg. Ing. Ítalo F. Martín-Schmädke del Laboratorio de Suelos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Córdoba. Email: 9601063@ucc.edu.ar

PROBLEMÁTICA

En este segundo artículo proponemos otra solución para mitigar el impacto del alto costo de mantenimiento y rehabilitación que requieren los caminos de tierra de la región pampeana argentina. Los caminos sin pavimentar implican que las capas de rodamiento vehicular la conforman directamente los suelos naturales de la región luego de haberse eliminado el sustrato orgánico, y por lo tanto carecen de un adecuado estudio de su paquete estructural.

OBJETIVO

Se busca identificar la dosificación óptima para uso vial del silicato de sodio líquido (Na₂SiO₃) con sedimentos loéssicos erodables de la provincia de Córdoba, Argentina, para así lograr una eficiente estabilización físico química del suelo. El silicato de sodio puede ser utilizado en estabilización de suelos cuando existen sales de calcio en la matriz del suelo o diluidas en agua, pues esto origina silicatos gelatinosos de calcio insolubles, que al hidratarse producen un magnífico agente cementante. Esta aplicación pretende estabilizar subrasantes de caminos rurales erodables y acarcavados. Los caminos de tierra representan más del 85% de la red vial provincial.

METODOLOGÍA

Para obtener una estructura estable de suelos loéssicos en el tiempo, existen distintos procedimientos. Uno de ellos consiste en modificar las propiedades del suelo mediante estabilización mecánica para hacerlo capaz de cumplir un requerimiento técnico-operativo.

En este estudio, se trata de una estabilización química-mecánica de los suelos; siguiendo el procedimiento:

-1º Identificar la problemática del suelo en un uso vial.

-2º Dosificar el porcentaje óptimo de silicato de sodio líquido con dicho suelo.

-3º Garantizar una reducción del impacto en la problemática de suelos loéssicos erodables.

A partir de las conclusiones y limitaciones de las publicaciones revisadas sobre uso de silicato en fundaciones, se planificó realizar estabilizaciones con mezclas de baja relación agua/silicato o sea mezclas aptas para ser consideradas de uso civil, como es el caso vial.

La caracterización geotécnica-vial de los sedimentos a estabilizar se estructuró en dos etapas de ensayos. La primera sobre muestras de suelo loéssico en estado natural, y la segunda sobre probetas de suelo loéssico con silicatos de sodio líquido.

En la primera etapa se ejecutaron ensayos de: contenido de humedad, lavado tamiz 200 (0,075mm), ensayos granulométricos, límites de Atterberg, doble hidrómetro, superficie específica, sales totales, ensayo proctor estándar/T99, ensayo California Bearing Ratio con hinchamiento (CBR_2,5mm), determinación química del contenido de carbonato de calcio y pH.

En la segunda etapa, se realizó el estudio de la fase líquida óptima y de dosificación de suelo loéssico con silicato de sodio líquido para uso vial. Esto implicó realizar a cada dosificación el ensayo de compresión simple desde probetas remoldeadas (Figura 1), elaboradas al peso unitario seco máximo (γ_ssmax) con contenido de humedad óptima (ω_óptimo), del proctor estándar o T99. El suelo natural estudiado tiene un ángulo de fricción interna bajo, por lo que para el ensayo de compresión simple se asumió que la resistencia al corte no drenado sería la misma que la resistencia a compresión simple, despreciando la fricción interna del suelo.

Posteriormente, se determinó el índice de CBR_2,5mm, para las dosificaciones 1S:2A:10L y 1S:5A:22L, con una sobrecarga de 44 newton y medición del hinchamiento a 4 días según norma ASTM D1883, y a 11 días (Figura 2), según comentarios de Hurley (1971); siendo S de silicato, A de agua y L de loess problemático. La mayor inmersión facilitó la formación de silicatos gelatinosos de calcio insolubles, que provocan la cementación.

Y, por último, se seleccionó la mejor dosificación suelo-silicato; siendo, los criterios determinísticos de selección: no ser erodable, disminuir el índice de plasticidad e incrementar la resistencia al corte no drenado respecto al estado natural del suelo.

RESULTADOS

Los principales resultados de los ensayos realizados y las características geotécnicas tanto del suelo natural erodable, como de las distintas dosificaciones del suelo con el silicato de sodio líquido propuestas en este trabajo se presentan en la Tabla 1. En negrita se resaltan los valores para una mayor facilidad en la comparación del suelo natural con respecto a la dosificación óptima escogida.

CONCLUSIONES

• El agente utilizado para estabilizar química-mecánicamente las subrasantes loéssicas erodables cordobesas fue el silicato de sodio líquido (Na₂SiO₃).
• Para el presente trabajo se estudiaron diversas dosificaciones: 1S:2A:10L, 1S:4A:18L, 1S:5A:22L, 1S:6A:28L, 1S:8A:38L, siendo S el silicato de sodio líquido, A el agua potable y L el loess.
• La relación óptima del silicato de sodio líquido, mezclado con los sedimentos inorgánicos, resultó ser 1S:2A:10L (relación en peso). Esta dosificación aplicada para uso vial, lograría: eliminar la erodabilidad (se obtiene un valor dispersivo en el doble hidrómetro significativamente inferior a 30%), bajar el índice de plasticidad un 8%, y aumentar la resistencia al corte no drenado un 938%. Se mejora el índice CBR_2,5mm ante hinchamientos un 1085% para un tiempo de curado de 11 días. La dosificación óptima responde a la máxima cantidad de silicato estudiado para una mínima fase líquida de amasado. Un valor mayor de silicato, no permite una adecuada dilución del silicato y por ende no podría incorporarse al suelo para generar una mezcla fluida.
• El valor soporte del suelo se incrementa un 30% si en el ensayo de CBR_2,5mm la probeta permanece sumergida 11 días, en vez de 4, lo que confirma la reacción diferida en el tiempo del silicato de sodio con las sales de calcio del suelo o presentes en el agua intersticial.
• Por todo lo expresado puede inferirse que las principales ventajas desde la perspectiva vial de utilizar dicha estabilización en subrasantes no pavimentadas erodables son: “disminuir” la vulnerabilidad a la erodabilidad a corto plazo, “reducir” la cantidad de polvo ambiental, como de baches y acarcavamientos en la zona de ancho de camino y, “aminorar” los costos de mantenimiento y rehabilitación anual en dichas vías no pavimentadas.

BIBLIOGRAFÍA PRINCIPAL

HURLEY C. H., 1971. Sodium Silicate Stabilization of soils-A review of the literature, University of Illinois, Chicago.

MORETTO S., 2006. Tesis de grado sobre Estabilización de suelos loéssicos colapsibles mediante inyecciones a base de silicato de sodio, Córdoba.  

ZUR, A. y WISEMAN, G., 1973. A Study of Collapse Phenomena of an Undisturbed Loess. 8º International Conference on Soil Mechanics an Foundation Engineering, Vol. 2.2, Session 4/43, pp. 265-268. Moscú, URSS.