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Generalidades
La tierra que no posee las caracter�sticas deseadas para una construcci�n particular puede ser mejorada a�adiendo uno o m�s estabilizadores.
Cada estabilizador puede cumplir uno (o a lo sumo dos) de las siguientes funciones:
• Incrementa la resistencia a la comprensi�n y al impacto de la construcci�n de tierra, y tambi�n reduce su tendencia a la dilataci�n o contracci�n, aglomerando las part�culas de suelo unas a otras.
• Reduce o elimina completamente la absorci�n de agua (que causa dilataciones, contracciones y erosi�n) sellando todos los vac�os y poros, y cubriendo las part�culas de arcilla con una pel�cula impermeable.
• Reduce el agrietamiento d�ndole flexibilidad la cual permite que el suelo se expanda o contraiga en alg�n grado.
• Reduce la expansi�n y contracci�n excesiva reforzando el suelo con material fibroso.
El efecto de la estabilizaci�n se incrementa generalmente cuando el suelo se compacta. Algunas voces la compactaci�n sola es suficiente para estabilizar el suelo, sin embargo, sin un estabilizador apropiado, el efecto puede no ser permanente, particularmente en el caso de una mayor exposici�n al agua.
Pero, antes de considerar el uso de un estabilizador se deben investigar los siguientes puntos:
• �El suelo disponible satisface los principales requerimientos incluso sin estabilizaci�n? Esto depende del clima local, riesgos naturales y el tipo de construcci�n.
• �El dise�o de la edificaci�n toma en cuanta las caracter�sticas y limitaciones del material? Ejemplos de un dise�o apropiado es construir en niveles altos e incorporar capas para proteger de la humedad (para minimizar el da�o de la absorci�n capilar) y proporcionar aleros anchos en los techos (para proteger contra la lluvia y la radiaci�n solar).
• �Es realmente necesaria la estabilizaci�n de toda la construcci�n, o puede ser suficiente una buena protecci�n para la superficie (por ejemplo, elucido estabilizado)?
Reduciendo la necesidad de estabilizaci�n, se pueden ahorrar considerables costos, tiempo y esfuerzo.
Tipos de Estabilizadores
Un gran n�mero de sustancias podr�an ser utilizados para estabilizar e suelo, y se est�n realizando muchas investigaciones para encontrar el estabilizar m�s adecuado para cada tipo de suelo Pero, a posar de estos esfuerzos de investigaci�n, no hay un estabilizador "milagroso" que pueda ser utilizado en todos los casos. La estabilizaci�n no es una ciencia exacta, por ello depende del constructor hacer bloques de prueba con diferentes tipos y cantidades de estabilizadores, los cuales se pueden ensayar.
Los estabilizadores disponibles en la naturaleza m�s com�nmente utilizados en construcciones tradicionales son:
Los estabilizadores manufacturados m�s comunes, (por ejemplo, productos y subproductos de las industrias locales o de los grandes procesos industriales) son:
Estos estabilizadores son descritos brevemente m�s adelante. La elecci�n del estabilizador m�s adecuado depender� principalmente de los costos y de la disponibilidad local, pero tambi�n en cierto grado de la aceptaci�n local.
Arena y Arcilla
• Estas son empleadas para corregir la calidad de la mezcla de suelo, esto es, se a�ade arena al suelo arcillosos o se a�ade arcilla al suelo arenoso.
• La mezcla deber� hacerse en seco, de lo contrario no ser� uniforme.
• La arcilla seca usualmente se encuentra en forma de terrones duros, que tienen que ser bien triturados antes del mezclado.
Paja, Fibras de Vegetales.
• Estas act�an como refuerzos, especialmente para moderar el agrietamiento en suelos con gran contenido de arcilla.
• Estas tambi�n hacen m�s livianos el suelo, incrementan sus propiedades aislantes (buena en regiones �ridas y serran�a) y aceleran el proceso de secado (proporcionando canales de drenaje).
• La paja es universalmente el refuerzo m�s com�n del suelo; casi cualquier tipo es aceptable (trigo, centeno, cebada, etc.), tambi�n el rastrojo de la mayor�a de las cosechas de cereal.
• Otras fibras vegetales son sisal o henequ�n, c��amo, hierba de elefante, estopa (fibra de coco), bagazo (residuo de ca�a de az�car), etc.
• Para obtener resultados satisfactorios, la proporci�n m�nima de refuerzos vegetales es 4% por volumen; de 20 a 30 kg. por m3.
• Como los refuerzos vegetales tienden a debilitar el producto final e incrementar la absorci�n de agua, debe evitarse el uso excesivo.
• La paja y las fibras deben ser cortadas a una longitud no mayor de 6 cm, y mezcladas completamente con el suelo para evitar la formaci�n de peque�os nidos.
Jugos de Plantas
• El jugo de hojas de pl�tano mezclados con cal mejora la resistencia a la erosi�n y disminuye la absorci�n de agua.
• A�adiendo e l�tex de ciertos �rboles (por ejemplo, euphorbia, hevea) o jugo concentrado de sisal en forma de cola org�nica se obtiene una menor permeabilidad.
• Las grasas y aceites vegetales deben secarse r�pidamente para que sean efectivas y proporcionen resistencia al agua. Algunas ejemplos son aceites de linaza, coco y algod�n; el aceite de ricino es muy efectivo, pero es caro.
• El aceite de miraguano tambi�n puede ser efectivo. Este se hace tostando semillas de miraguano, pulveriz�ndolos finamente y mezcl�ndolo con agua (10 kg. de polvo: 20 a 25 litros de agua).
Cenizas de Madera
• La ceniza de madera dura, usualmente es rica en carbonato de calcio y tiene propiedades estabilizadoras, pero no siempre es adecuada para suelos arcillosos. Algunas cenizas incluso pueden ser da�inas al suelo.
• M�s efectivo parece ser a�adir de 5 a 10% (por volumen) de cenizas blancas finas, de madera dura completamente quemada. Con esto se mejora la resistencia a la comprensi�n en seco.
• Las cenizas no mejoran la resistencia al agua.
Excremento de Animal
• Principalmente son empleados para estabilizar enlucidos.
• El esti�rcol es el estabilizador m�s com�n, valioso principalmente por su efecto reforzador (debido a las part�culas fibrosas) y caracter�stica de repeler los insectos. No se mejora significativamente la resistencia al agua, y se reduce la resistencia a la compresi�n.
• El esti�rcol de caballo o camello son alternativas menos empleadas.
• La orina de caballo como sustituto del agua de mezclado elimina efectivamente el agrietamiento y mejora la resistencia a la erosi�n. Se obtienen mejores resultados a�adiendo cal.
• A pesar de sus ventajas estos materiales tienen poca aceptaci�n social en las mayor�as de las regiones, mientras que en otras (principalmente en �reas rurales de Asia y Africa) son materiales tradicionales bien aceptados.
Otros Productos Animales
• La Sangre fresca de toro combinado con cal puede reducir enormemente el agrietamiento, sin embargo, tambi�n tiene poca aceptaci�n social.
• La piel y el pelo animal es empleado usualmente para reforzar enlucidos.
• Las cola (pegamento) de animales, hechos de cuernos, huesos, pezu�as y pellejos, mejora la resistencia a la humedad.
• Los Hormigueros, como se sabe resisten la lluvia, pueden ser pulverizados y empleados como estabilizador para suelos arenosos.
Cal y Puzolana
(ver tambi�n los cap�tulos sobre Cal y Puzolanas)
• Los suelos arcillosos (con l�mites l�quidos en la regi�n de 40% o m�s) solo puede ser estabilizado con cal, ya que en el suelo reacciona con las part�culas de arcilla formando un aglomerante.
• Para suelos con un bajo contenido de arcilla, se puede a�adir a la cal una puzolana adecuada (por ejemplo, cenizas volantes, cenizas de cascaras de arroz), para producir un aglomerante cementoso.
• La cal viva (CaO), producida al calcinar piedra caliza, puede ser empleada para estabilizar, pero tiene varias desventajas: tiene que ser bien triturada antes de emplearse; se pone muy caliente (m�s de 150�C) y puede quemar la piel; el calor de hidrataci�n tiende a secar r�pidamente el suelo, con el riesgo de dilatar la hidrataci�n por varios meses.
• La cal apagada o hidratada (Ca[OH]2), elaborada a�adiendo agua a la cal viva, tiene menos desventajas. Puede ser empleada como polvo seco (disponible en bolsas), como lechada de cal (cal apagada con exceso de agua) o como masilla de cal (una masa viscosa).
• La proporci�n correcta de cal (con o sin puzolana) no puede ser generalizada, se necesita determinarla a trav�s de una serie de ensayos La cantidad de cal adecuada puede variar de 3 a 14% por peso seco, dependiendo de la cantidad de arcilla (m�s arcilla necesita m�s cal).
• El suelo seco debe ser triturado (ya que el suelo arcillosos generalmente contiene terrones duros) y mezclado completamente con la cal. La mayor�a de suelos puede secarse y romperse con la cal viva.
• La mezcla h�meda de suelo-cal se mantiene mejor en ese estado bajo techo por uno o dos d�as, luego de los cuales la cal habr� roto los terrones de arcilla restantes. El suelo se mezcla nuevamente (de ser necesario se a�ade una puzolana) produciendo una masa homog�nea, que puede ser empleada inmediatamente en la construcci�n. (La proporci�n de cal: puzolana puede variar entre 1:1 y 1:3).
• El curado del suelo estabilizado con-cal tarda aproximadamente seis veces m�s que el curado del suelo estabilizado - con cemento. Las altas temperaturas y la humedad ayudan a mejorar la resistencia a compresi�n final. Esto se puede obtener curando con una l�mina pl�stica, o en una c�mara cerrado con planchas de hierro onduladas, por o menos dos semanas. La resistencia final se obtiene despu�s de dos o seis meses.
• El curado puede acelerarse a�adiendo cemento justo antes de ser empleado en una construcci�n.
• La piedra caliza con un alto contenido de arcilla produce un tipo especial de cal, llamado cal hidr�ulica, que fragua como el cemento. La estabilizaci�n del suelo con cal hidr�ulica reduce el per�odo del curado, pero puede que no se obtenga resistencias suficientes.
Cemento Portland
(ver tambi�n el cap�tulo sobre Cemento)
• Los suelos con bajo contenido de arcilla se estabilizan mejor con cemento Portland, el cual aglomera las part�culas de arena y grava como el concreto, esto es, reacciona con el agua de la mezcla de suelo para producir una sustancia que llena los vac�os, formando una pel�cula continua alrededor de cada part�cula, aglomer�ndolas todas unidas.
• La reacci�n del cemento y el agua (conocido como hidrataci�n) libera hidr�xido de calcio (cal apagada) que reacciona con las part�culas de arcilla para formar un tipo de aglomerante puzol�nico. Si el contenido de arcilla es demasiado bajo, la cal permanece libre. Esto puede remediarse sustituyendo una proporci�n (de 15 a 40% por peso) de cemento por una puzolana, que usualmente es m�s barata que el cemento.
• Igual que los morteros de cemento-arena, las mezclas de suelo-cemento se vuelven m�s trabajables a�adiendo cal. Si el contenido de arcilla es alto, la cal adicional reacciona con �sta estabilizando m�s el suelo.
• El contenido de cemento apropiado variar� de acuerdo a los aspectos antes mencionados. Se recomienda un m�nimo del 5%, mientras que un contenido de cemento mayor del 10% es considerado inadecuado, debido al alto costo de cemento.
• E suelo y el cemento se deben mezclar secos, y el agua debe a�adirse y mezclarse completamente justo antes de su utilizaci�n, ya que el cemento comienza a reaccionar con el agua inmediatamente.
• Una vez que el cemento ha empezado a endurecerse, se vuelve inservible. El suelo-cemento no puede ser reciclado.
• Mientras mejor se mezcle el suelo, mayor es la resistencia final, que se obtiene por compactaci�n (por ejemplo, con apisonador o prensa de bloques).
• El Cemento Portland es el estabilizador que proporciona la mayor resistencia mec�nica as� como resistencia a la penetraci�n del agua, a las dilataciones y a las contracciones.
Yeso
• La estabilizaci�n del suelo con yeso no es muy com�n en la pr�ctica y la informaci�n sobre su comportamiento es muy limitada.
• El yeso se encuentra en abundancia en muchos pa�ses, ya sea como yeso natural o como un subproducto industrial, y es m�s barato que la cal o el cemento (se produce con menos energ�a y equipamiento).
• Como el yeso mezclado con el agua se endurece r�pidamente, los bloques de adobe estabilizado con yeso no requieren prolongados per�odos de curado, y pueden ser empleados para la construcci�n de muros tan inmediatamente despu�s de producidos. Un contenido de yeso de alrededor del 10% es mejor.
• Las ventajas de la estabilizaci�n con yeso son poca contracci�n, apariencia lisa y alta resistencia mec�nica. Adem�s, el yeso se aglomera bien con las fibras (particularmente con el sisal), es muy resistente al fuego y no es atacado por insectos o roedores.
• La principal desventaja del yeso es su solubilidad en el agua, por lo cual requiere de cuidadosas medidas de protecci�n: protecci�n contra la lluvia en muros exteriores mediante enlucidos, enchapados o techos con aleros amplios; protecci�n de la humedad interna generada, evitando el vapor de agua (en las cocinas) y la condensaci�n; protecci�n contra la absorci�n capilar mediante membranas impermeables.
Asfalto
(ver tambi�n el cap�tulo de Aglomerantes)
• Para la estabilizaci�n del suelo se puede emplear asfalto diluido, (esto es, mezclado con un disolvente como es la gasolina, kerosene o nafta), o como una emulsi�n (esto es, diluido en agua).
• Despu�s de mezclar el suelo con el asfalto diluido, se debe extender antes de emplear el material en la fabricaci�n de bloques para permitir que el disolvente se evapore. Es mejor mezclar el asfalto diluido con una peque�a cantidad de suelo, para luego mezclarlo con el suelo restante.
• Las emulsiones de asfalto generalmente son muy fluidas y se mezclan f�cilmente con suelo h�medo. Se debe evitar mezclar excesivamente para prevenir la descomposici�n prematura de la emulsi�n, llevando a incrementar la absorci�n de agua despu�s del secado. Las emulsiones deben diluirse en el agua de mezclado.
• Las mezclas de suelo para su compactaci�n no deben ser demasiadas h�medas, por ello debe a�adirse una menor cantidad de estabilizador.
• El contenido de asfalto debe ser de 2 a 4%. Mayores proporciones producen resistencias a compresi�n peligrosamente bajas.
• El suelo estabilizado con asfalto debe ser curado en aire seco a una temperatura aproximadamente de 40�C.
• Aunque la estabilizaci�n con asfalto no mejora la resistencia de la tierra, s� reduce significativamente la absorci�n de agua. En otras palabras, aunque la resistencia de suelo en seco no es muy alta, �sta no se reduce cuando se humedece.
• La estabilizaci�n con asfalto es m�s efectiva en suelos arenosos y limosos con un limite liquido entre 25 y 35% y un �ndice de plasticidad entre 2.5 y 13%.
• La presencia de materia org�nica �cida, sulfatos y sales minerales puede ser muy da�ina. Un posible remedio es a�adir 1% de cemento.
Estabilizadores Comerciales
• Principalmente son productos qu�micos manufacturados, desarrollados en un principio para estabilizar la tierra empleada en la construcci�n de carreteras.
• Estos estabilizadores qu�micos trabajan esencialmente como impermeabilizantes. En general, no mejoran la resistencia a compresi�n del suelo.
• Las cantidades requeridas de estos estabilizadores var�an entre 0.01 y 1% por peso, por ello para obtener una distribuci�n uniforme se necesita un mezclado bastante completo.
• En la Bibl. 02.19. se ofrece una lista de estabilizadores comerciales.
Soluci�n de Silicato de Sodio
• El silicato de sodio, conocido como �vidrio soluble�, es barato y disponible en muchas partes del mundo.
• Trabaja mejor con suelos arenosos, como arenas arcillosas y arenas limosas, pero no es adecuado para suelos arcillosos.
• El silicato de sodio trabaja como impermeabilizantes y tambi�n evita el crecimiento de hongos.
• Si es mezclado con el suelo, la cantidad usual es de 5%.
• Sin embargo. es mejor emplearlo como recubrimiento superficial hechos de silicato de sodio comercial: agua limpia en una proporci�n de 1:3.
• Los bloques de suelo son sumergidos en la soluci�n aproximadamente por un minuto, despu�s que se aplica la soluci�n con una brocha dura. Se repite el procedimiento por segunda vez y se dejan secar los bloques en un lugar protegido por siete d�as como m�nimo.
• Se obtiene una penetraci�n m�s profunda de la soluci�n, a�adiendo una peque�a cantidad de alg�n agente activo superficial.
Resinas
• Las resinas son extractos vegetales procesados tales como la savia de los �rboles, o subproductos de diversos procesos industriales.
• Se han realizado muchos trabajos de investigaci�n sobre estos materiales y se han obtenido extraordinarios resultados con la estabilizaci�n con resina.
• Las principales ventajas son resistencia al agua (aunque no en todos los casos), r�pido fraguado y solidificaci�n de suelos muy h�medos.
• Sin embargo, las principales desventajas son el alto costo, tecnolog�a de producci�n sofisticada y la necesidad de mayores cantidades que los estabilizadores convencionales. Las resinas a menudo son t�xicas y degradable por los agentes biol�gicos.
Sueros
• El suero (case�na) es un liquido rico en prote�nas formado al hacer reques�n. Su empleo en edificaciones ser� muy limitado en la mayor�a de pa�ses en desarrollo, debido a su valor nutritivo. Sin embargo, en regiones en donde se produce suero en exceso, su uso como estabilizador superficial para construcciones de tierra se considera muy valioso.
• A�adiendo suero a un mortero de suelo-cal o a una lechada de cal se obtiene una protecci�n superficial contra los agentes atmosf�ricos, sin que el suelo pierda la capacidad de respirar.
• Para obtener una buena adherencia y evitar grietas, la lechada de cal deber�a aplicarse en dos o tres capas delgadas. Emplear el suero como imprimaci�n tambi�n puede dar buenos resultados.
Melaza
• La melaza es un producto secundario de la industria azucarera.
• A�adiendo melaza al suelo se mejora su resistencia a la compresi�n y se reduce la capilaridad del suelo.
• Trabaja bien con suelos limosos y arenosos. En el caso de suelos arcillosos, se debe a�adir peque�as cantidades de cal a la melaza.
• La cantidad de melaza a�adida normalmente al suelo es aproximadamente de 5% por poso del suelo.
Como Utilizar los Estabilizadores
Aunque ya se mencion� el uso de cada estabilizador, resumiremos algunas reglas generales:
• El beneficio completo de emplear un estabilizador se alcanza s�lo si �ste hace contacto con cada part�cula del suelo, por ello, se necesita un mezclado bastante completo.
• Para encontrar la mejor combinaci�n y las mejores proporciones de estabilizadores para un suelo determinado se necesita mucha preparaci�n y muchos ensayos. Vale la pena gastar tiempo y esfuerzo, incluso si se toma uno o dos meses de preparaci�n.
• La �nica manera de determinar la proporci�n correcta de estabilizador es hacer de 5 a 7 bloques de prueba por cada mezcla y someterlos a una serie de ensayos, tales como los ensayos de resistencia a comprensi�n despu�s de diferentes per�odos de secado, ensayos de secado y humedecimiento prolongado, e inmersi�n en agua.
• Los bloques estabilizados con cal y cemento portland necesitan ser curados en h�medo por lo menos 7 d�as para que obtengan resistencia.
• Los programas de ensayos deben tomar en cuenta las condiciones clim�ticas locales, la posibilidad de heladas, y similares. La elecci�n del estabilizador tambi�n diferir� entre las regiones �ridas y h�medas.
• Debe recordarse que los bloques de prueba s�lo necesitan una peque�a cantidad de suelo, la cual es f�cil de mezclar. Durante la construcci�n real o la producci�n de bloques en serie, el mezclado de grandes cantidades de suelo es m�s dif�cil, de modo que deber�a a�adirse una proporci�n ligeramente mayor de estabilizador (excepto en el caso del cemento).
• El prop�sito de estos ensayos siempre es encontrar la menor cantidad de estabilizador que satisfaga los requerimientos. Muy a menudo los requerimientos espec�ficos son injustificablemente altos originando elevados costos innecesariamente.
