Estabilización de suelos es un término general para cualquier método físico, químico, mecánico, biológico o combinado de cambiar un suelo naturalpara cumplir con un propósito de ingeniería. [1] Las mejoras incluyen el aumento de la capacidad de soporte de peso, la resistencia a la tracción y el rendimiento general de los subsuelos , las arenas y los materiales de desecho in situ para fortalecer los pavimentos de las carreteras .
Algunas de las tecnologías renovables son: enzimas, tensioactivos , biopolímeros , polímeros sintéticos, co-polímero de productos a base de, reticulantes polímeros acrílicos de estireno, resinas de árboles, estabilizadores iónicos, de refuerzo de fibra, cloruro de calcio , calcita , cloruro de sodio , cloruro de magnesio y más . Algunas de estas nuevas técnicas de estabilización crean superficies y masas hidrófobas que evitan la rotura de la carretera debido a la penetración de agua o heladas intensas al inhibir la entrada de agua en la capa tratada.
Sin embargo, la tecnología reciente ha aumentado el número de aditivos tradicionales que se utilizan con fines de estabilización de suelos. Dichos estabilizadores no tradicionales incluyen: productos a base de polímeros (por ejemplo, polímeros acrílicos de estireno a base de agua reticulantes 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 rejilla (y la membrana tensada), y en las geoceldas, mediante el esfuerzo de confinamiento de la pared celular (aro) sobre el agregado. [2]
Los tipos de técnicas de estabilización de suelos tradicional y ampliamente aceptados utilizan productos tales como emulsiones bituminosas que se pueden utilizar como aglutinantes para producir una base para carreteras. Sin embargo, el betún no es ecológico y se vuelve quebradizo cuando se seca. El cemento Portland se ha utilizado como alternativa a la estabilización del suelo. Sin embargo, esto a menudo puede resultar caro y no es una buena alternativa ecológica . Las cenizas volantes de cemento, las cenizas volantes de cal (por separado, o con cemento o cal), betún, alquitrán, polvo de hornos de cemento (CKD), resina de árbol y estabilizadores iónicos son todos agentes estabilizantes de uso común. Otras técnicas de estabilización incluyen el uso de materiales en el sitio, incluidos subsuelos, arenas, desechos de minería, 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 total del polvo y estabilización del suelo.
Existen ventajas y desventajas para muchos de estos estabilizadores de suelos.
Muchas de las alternativas ecológicas tienen esencialmente la misma fórmula que los polvos de jabón , simplemente lubricando y realineando la tierra sin una propiedad de unión efectiva. 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 aglutinantes para producir una base para carreteras. Al utilizar estos productos, deben tenerse en cuenta cuestiones como la seguridad, la salud y el medio ambiente.
La Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales (NSPE) ha explorado algunos de los tipos más nuevos de tecnología de estabilización de suelos, buscando específicamente alternativas efectivas y no dañinas. Uno de los ejemplos utiliza una nueva tecnología de estabilización de suelos, un proceso basado en un polímero acrílico de estireno reticulado . Otro ejemplo utiliza cristales largos para crear una formación de células cerradas que es impermeable al agua y resistente a las heladas, los ácidos y la sal.
Utilizando la nueva tecnología de estabilización del suelo, un proceso de reticulación dentro de la formulación polimérica puede reemplazar los métodos tradicionales de construcción de carreteras / casas de una manera ecológica y eficaz.
Existe otro método de estabilización del suelo llamado método de mezcla profunda que no es destructivo y es efectivo para mejorar la capacidad de carga de los estratos de suelo débiles o sueltos. Este método utiliza una sonda de inyección pequeña del tamaño de un centavo y minimiza los desechos. Este método es ideal para la re-compactación y consolidación de estratos de suelo débiles, aumentando y mejorando la capacidad de carga debajo de las estructuras y la remediación de problemas de hundimientos superficiales y profundos. Esto es particularmente eficiente cuando existe la necesidad de apoyar una infraestructura pública y privada deficiente.
Cloruro de magnesio
Los atributos de cloruro de magnesio (delicuescente) que absorben agua incluyen
- comienza a absorber agua del aire al 32% de humedad relativa , casi independiente de la temperatura,
- las carreteras tratadas pueden volver a nivelarse y compactarse con menos preocupación por la pérdida de humedad y densidad.
Sin embargo, las limitaciones incluyen
- se requiere un nivel mínimo de humedad para absorber la humedad del aire,
- es más adecuado en climas más secos,
- en soluciones concentradas es muy corrosivo ,
- atrae la humedad prolongando así el período activo de corrosión,
- el agua de lluvia tiende a filtrar cloruros altamente solubles,
- Si hay un alto contenido de finos en el material tratado, la superficie puede volverse resbaladiza cuando está mojada.
- cuando la solución es inferior al 20%, tiene una eficacia de rendimiento similar a la del agua. [4] [5]
El uso de cloruro de magnesio en carreteras sigue siendo controvertido. Los defensores afirman (1) un aire más limpio, 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) Mayor seguridad a través de mejores condiciones de la carretera, [7] [8] incluyendo una mayor visibilidad del conductor y menores 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 arroyos), ayuda a prevenir el retraso en el crecimiento de los cultivos causado por los poros obstruidos en las plantas y mantiene los vehículos y la propiedad más limpios. [11] Otros estudios muestran que el uso de sales para descongelar las carreteras o eliminar el polvo puede contribuir con cantidades sustanciales de iones de cloruro a la escorrentía de la superficie de las carreteras tratadas con los compuestos. Las sales MgCl2 (y CaCl2) son muy solubles en agua y se disociarán. [12] Las sales, cuando se usan en las superficies de las carreteras, se disolverán durante el clima húmedo y se transportarán al agua subterránea a través de la infiltración y / o la escorrentía hacia los cuerpos de agua superficiales. [8] La infiltración de agua subterránea puede ser un problema y el ion cloruro en el agua potable se considera un problema cuando las concentraciones superan los 250 mg / l. Por lo tanto, está regulado por los estándares de agua potable de la EPA de EE. UU. La concentración de cloruro en el agua subterránea o superficial depende de varios factores que incluyen:
- rango de aplicación,
- composición y tipo de suelo,
- tipo, intensidad y cantidad de precipitación,
- el drenaje del sistema de carreteras. [13]
Además, la concentración de cloruro en el agua superficial también depende del tamaño o del caudal de la masa de agua y de la dilución resultante conseguida. En estudios de concentración de cloruro llevados a cabo 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 aún estaban por debajo del MCL de 250 mg / L establecido por la EPA. [14] [15] [16] [17] [18] No obstante, se desconoce el efecto a largo plazo de esta exposición.
Aunque la EPA de EE. UU. Ha establecido la concentración máxima de cloruro en el agua para uso doméstico en 250 mg / l, los animales pueden tolerar niveles más altos. A niveles excesivamente altos, se dice que el cloruro afecta la salud de los animales. [19] Como declaró el Comité Asesor Técnico Nacional del Secretario del Interior (1968), “la salinidad puede tener un efecto doble en la vida silvestre; uno directo que afecta los procesos corporales de las especies involucradas y uno indirecto que altera el medio ambiente dificultando o imposibilitando la perpetuación de las especies vivas ”. Un problema importante asociado con el uso de sal descongelante en lo que respecta a la vida silvestre es que se sabe que la vida silvestre tiene "ansias de sal" y, por lo tanto, se siente atraída por las carreteras saladas que pueden ser un peligro para el tráfico tanto para los animales como para los automovilistas.
Con respecto a la acumulación de sales de cloruro en los suelos de las carreteras, incluidos los efectos adversos sobre las plantas de las carreteras y la fisiología y morfología de la vegetación, la documentación se remonta a la época de la Segunda Guerra Mundial [20] y continúa de forma constante 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 a tóxicos. concentraciones en las plantas. Respecto a la aplicación intencionada de sales excesivas: ver 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 (tierra o grava) y sitios de trabajo polvorientos como canteras porque es relativamente económico de comprar y aplicar. Su higroscopia hace que absorba la humedad del aire, limitando la cantidad de partículas más pequeñas (limos y arcillas) que se transportan por el aire. El beneficio más significativo de la aplicación de 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 "Killer Chemicals" en las carreteras y ahora algunos estados están dejando de usar productos de sal. [23] [24]
Además, un pequeño porcentaje de propietarios de estadios cerrados (por ejemplo, para montar a caballo) puede aplicar cloruro de magnesio a la arena u otros materiales de "base" para controlar el polvo. Aunque el uso de cloruro de magnesio en un entorno de arena ecuestre (caballos) generalmente se conoce como 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 ingrese. contacto con él.
Para controlar o mitigar el polvo, los cloruros necesitan humedad para funcionar de manera efectiva, por lo que funcionan mejor en climas húmedos que áridos. A medida que aumenta la humedad, el cloruro extrae la humedad del aire para mantener la superficie húmeda y, a medida que la humedad disminuye, se difunde y libera humedad. Estos cambios de equilibrio que ocurren naturalmente también permiten que los cloruros también se utilicen como agentes deshidratantes, incluido el secado, curado y conservación de las 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. El camino permanece continuamente "mojado" como si un camión de agua acabara de rociar el camino. [26]
Ver también
- Confinamiento celular
- Control de la erosión
- Siembra post incendio # Estabilización del suelo
- Mejora de la Tierra
- Geopolímero
- Ingeniería geotécnica
- Tierra estabilizada mecánicamente
- Estabilización de suelos poliméricos
Referencias
- ^ Winterkorn, Hans F. y Sibel Pamukcu. "Estabilización de suelos y rejuntado", Manual de ingeniería de cimentaciones . Fang, Hsai, ed. 2.nd ed. Nueva York, NY: VanNostrand Reinhold, 1991. 317. Imprimir.
- ^ Vega, E., van Gurp, C., Kwast, E. (2018). Geokunststoffen als Funderingswapening en Ongebonden Funderingslagen (Geosintéticos para el refuerzo de capas de pavimento de base y subbase no unidas), SBRCURnet (CROW), Países Bajos.
- ^ Gutiérrez, Erick; Riquelme, Adrián; Cano, Miguel; Tomás, Roberto; Pastor, José Luis (enero de 2019). "Evaluación del efecto de mejora de los residuos de polvo de piedra caliza en la estabilización de suelos arcillosos hinchables" . Sustentabilidad . 11 (3): 679. doi : 10.3390 / su11030679 .
- ^ "Guía de aplicación y selección de polvos paliativos" . Fs.fed.us . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
- ^ https://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/stelprdb1043546.pdf
- ^ Schwendeman, T., Estudio de control del polvo, Evaluación paliativa del polvo, Bosque nacional Gallatin ”, Servicio forestal del USDA, 1981
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 9 de septiembre de 2017 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ a b "Supresión de polvo de carreteras: efecto sobre la estabilidad del mantenimiento, la seguridad y el medio ambiente fases 1-3 (MPC-04-156)" (PDF) . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
- ^ Lohnes, RA y Coree, BJ, Determinación y evaluación de métodos alternativos para administrar y controlar el polvo relacionado con las carreteras, Departamento de ingeniería civil y de construcción, Universidad Estatal de Iowa, 2002
- ^ Hass, RA, “Protección contra el polvo de senderos de tanques sin superficie Área de entrenamiento de Grafenwohr, República Federal de Alemania. 15-29 de junio de 1985 ". Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU., Documento GL-86-40, 1986; el apéndice de este informe resumió los efectos ambientales del uso de cloruro de magnesio, diciendo: "Se realizó una búsqueda exhaustiva de la literatura (Toxline, Medline, Chemline, Hazard Lie, Biological Abstracts, Toxic Data Bank y otras fuentes disponibles). no habrá evidencia reportada de que el MgCl2 haya tenido o producirá algún efecto en el agua subterránea, el nivel freático o la vegetación luego de aplicaciones únicas o repetidas al suelo ".
- ^ Han, C.Control de polvo en carreteras sin pavimentar, Junta de investigación de carreteras locales de Minnesota, 1992
- ^ Snoeyink, VL y D. Jenkins. Química del agua. John Wiley & Sons, Inc., Nueva York. 1980
- ^ Pollock, SJ y LG Toler. Efectos de las sales de deshielo de las carreteras en las aguas subterráneas y los suministros de agua en Massachusetts. Junta de Investigación de Carreteras, No. 425 17-21. 1973
- ^ Schraufnagel, cloruros de FH. Comisión de Contaminación del Agua, Madison, Wisconsin. 1965.
- ^ Hutchinson, FE Las influencias de las sales aplicadas a las carreteras sobre los niveles de iones de sodio y cloruro presentes en muestras de agua y suelo - Informe de progreso I. Proyecto No. R1084-8. 1966.
- ^ Pollock, SJ y LG Toler. Efectos de las sales de deshielo de las carreteras en las aguas subterráneas y los suministros de agua en Massachusetts. Junta de Investigación de Carreteras, No. 425 17-21. 1973.
- ^ Hutchinson, FE Las influencias de las sales aplicadas a las carreteras sobre los niveles de iones de sodio y cloruro presentes en muestras de agua y suelo - Informe de progreso I. Proyecto No. R1084-8. 1966.
- ^ Schraufnagel, cloruros de FH. Comisión de Contaminación del Agua, Madison, Wisconsin. 1965
- ^ Heller, VG "Agua potable salina y alcalina". Revista de nutrición, 5: 421-429 1932
- ^ Strong, FC Un estudio de las lesiones por cloruro de calcio en los árboles del borde de la carretera. Michigan Agr. Exp. Station, Quarterly Bulletin, 27: 209-224. 1944
- ^ a b "Publicaciones - ExtensionExtension" . Ext.colostate.edu . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
- ^ "Acerca de la Oficina del Agua | Acerca de la EPA | EPA de EE. UU." (PDF) . Epa.gov. 2013-01-29 . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
- ^ Lockridge, Deborah (13 de diciembre de 2011). "Algunos estados se están alejando de los descongeladores 'químicos asesinos': todo eso es transporte" . TruckingInfo.com . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
- ^ "Número de septiembre de 2001 - Revista TruckingInfo.com" . Truckinginfo.com . Consultado el 18 de octubre de 2017 .
- ^ http://wyndmoor.arserrc.gov/Page/1999%5C6706.pdf [ enlace muerto permanente ]
- ^ "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 19 de junio de 2012 . Consultado el 28 de febrero de 2013 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )