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Generalidades
La tierra que no posee las características deseadas para una construcción particular puede ser mejorada añadiendo uno o más estabilizadores.
Cada estabilizador puede cumplir uno (o a lo sumo dos) de las siguientes funciones:
• Incrementa la resistencia a la comprensión y al impacto de la construcción de tierra, y también reduce su tendencia a la dilatación o contracción, aglomerando las partículas de suelo unas a otras.
• Reduce o elimina completamente la absorción de agua (que causa dilataciones, contracciones y erosión) sellando todos los vacíos y poros, y cubriendo las partículas de arcilla con una película impermeable.
• Reduce el agrietamiento dándole flexibilidad la cual permite que el suelo se expanda o contraiga en algún grado.
• Reduce la expansión y contracción excesiva reforzando el suelo con material fibroso.
El efecto de la estabilización se incrementa generalmente cuando el suelo se compacta. Algunas voces la compactación 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 exposición 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 estabilización? Esto depende del clima local, riesgos naturales y el tipo de construcción.
• ¿El diseño de la edificación toma en cuanta las características y limitaciones del material? Ejemplos de un diseño apropiado es construir en niveles altos e incorporar capas para proteger de la humedad (para minimizar el daño de la absorción capilar) y proporcionar aleros anchos en los techos (para proteger contra la lluvia y la radiación solar).
• ¿Es realmente necesaria la estabilización de toda la construcción, o puede ser suficiente una buena protección para la superficie (por ejemplo, elucido estabilizado)?
Reduciendo la necesidad de estabilización, se pueden ahorrar considerables costos, tiempo y esfuerzo.
Tipos de Estabilizadores
Un gran número de sustancias podrían ser utilizados para estabilizar e suelo, y se están realizando muchas investigaciones para encontrar el estabilizar más adecuado para cada tipo de suelo Pero, a posar de estos esfuerzos de investigación, no hay un estabilizador "milagroso" que pueda ser utilizado en todos los casos. La estabilización 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 más comúnmente utilizados en construcciones tradicionales son:
Los estabilizadores manufacturados más comunes, (por ejemplo, productos y subproductos de las industrias locales o de los grandes procesos industriales) son:
Estos estabilizadores son descritos brevemente más adelante. La elección del estabilizador más adecuado dependerá principalmente de los costos y de la disponibilidad local, pero también en cierto grado de la aceptación local.
Arena y Arcilla
• Estas son empleadas para corregir la calidad de la mezcla de suelo, esto es, se añade arena al suelo arcillosos o se añade arcilla al suelo arenoso.
• La mezcla deberá hacerse en seco, de lo contrario no será 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 actúan como refuerzos, especialmente para moderar el agrietamiento en suelos con gran contenido de arcilla.
• Estas también hacen más livianos el suelo, incrementan sus propiedades aislantes (buena en regiones áridas y serranía) y aceleran el proceso de secado (proporcionando canales de drenaje).
• La paja es universalmente el refuerzo más común del suelo; casi cualquier tipo es aceptable (trigo, centeno, cebada, etc.), también el rastrojo de la mayoría de las cosechas de cereal.
• Otras fibras vegetales son sisal o henequén, cáñamo, hierba de elefante, estopa (fibra de coco), bagazo (residuo de caña de azúcar), etc.
• Para obtener resultados satisfactorios, la proporción mínima 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 absorción 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 formación de pequeños nidos.
Jugos de Plantas
• El jugo de hojas de plátano mezclados con cal mejora la resistencia a la erosión y disminuye la absorción de agua.
• Añadiendo e látex de ciertos árboles (por ejemplo, euphorbia, hevea) o jugo concentrado de sisal en forma de cola orgánica se obtiene una menor permeabilidad.
• Las grasas y aceites vegetales deben secarse rápidamente para que sean efectivas y proporcionen resistencia al agua. Algunas ejemplos son aceites de linaza, coco y algodón; el aceite de ricino es muy efectivo, pero es caro.
• El aceite de miraguano también puede ser efectivo. Este se hace tostando semillas de miraguano, pulverizándolos finamente y mezclándolo 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 dañinas al suelo.
• Más efectivo parece ser añadir de 5 a 10% (por volumen) de cenizas blancas finas, de madera dura completamente quemada. Con esto se mejora la resistencia a la comprensión en seco.
• Las cenizas no mejoran la resistencia al agua.
Excremento de Animal
• Principalmente son empleados para estabilizar enlucidos.
• El estiércol es el estabilizador más común, valioso principalmente por su efecto reforzador (debido a las partículas fibrosas) y característica de repeler los insectos. No se mejora significativamente la resistencia al agua, y se reduce la resistencia a la compresión.
• El estiércol 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 erosión. Se obtienen mejores resultados añadiendo cal.
• A pesar de sus ventajas estos materiales tienen poca aceptación social en las mayorías de las regiones, mientras que en otras (principalmente en áreas 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, también tiene poca aceptación social.
• La piel y el pelo animal es empleado usualmente para reforzar enlucidos.
• Las cola (pegamento) de animales, hechos de cuernos, huesos, pezuñas 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 también los capítulos sobre Cal y Puzolanas)
• Los suelos arcillosos (con límites líquidos en la región de 40% o más) solo puede ser estabilizado con cal, ya que en el suelo reacciona con las partículas de arcilla formando un aglomerante.
• Para suelos con un bajo contenido de arcilla, se puede añadir 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 (más de 150°C) y puede quemar la piel; el calor de hidratación tiende a secar rápidamente el suelo, con el riesgo de dilatar la hidratación por varios meses.
• La cal apagada o hidratada (Ca[OH]2), elaborada añadiendo 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 proporción correcta de cal (con o sin puzolana) no puede ser generalizada, se necesita determinarla a través 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 (más arcilla necesita más cal).
• El suelo seco debe ser triturado (ya que el suelo arcillosos generalmente contiene terrones duros) y mezclado completamente con la cal. La mayoría de suelos puede secarse y romperse con la cal viva.
• La mezcla húmeda de suelo-cal se mantiene mejor en ese estado bajo techo por uno o dos días, luego de los cuales la cal habrá roto los terrones de arcilla restantes. El suelo se mezcla nuevamente (de ser necesario se añade una puzolana) produciendo una masa homogénea, que puede ser empleada inmediatamente en la construcción. (La proporción de cal: puzolana puede variar entre 1:1 y 1:3).
• El curado del suelo estabilizado con-cal tarda aproximadamente seis veces más que el curado del suelo estabilizado - con cemento. Las altas temperaturas y la humedad ayudan a mejorar la resistencia a compresión final. Esto se puede obtener curando con una lámina plástica, o en una cámara cerrado con planchas de hierro onduladas, por o menos dos semanas. La resistencia final se obtiene después de dos o seis meses.
• El curado puede acelerarse añadiendo cemento justo antes de ser empleado en una construcción.
• La piedra caliza con un alto contenido de arcilla produce un tipo especial de cal, llamado cal hidráulica, que fragua como el cemento. La estabilización del suelo con cal hidráulica reduce el período del curado, pero puede que no se obtenga resistencias suficientes.
Cemento Portland
(ver también el capítulo sobre Cemento)
• Los suelos con bajo contenido de arcilla se estabilizan mejor con cemento Portland, el cual aglomera las partículas 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 vacíos, formando una película continua alrededor de cada partícula, aglomerándolas todas unidas.
• La reacción del cemento y el agua (conocido como hidratación) libera hidróxido de calcio (cal apagada) que reacciona con las partículas de arcilla para formar un tipo de aglomerante puzolánico. Si el contenido de arcilla es demasiado bajo, la cal permanece libre. Esto puede remediarse sustituyendo una proporción (de 15 a 40% por peso) de cemento por una puzolana, que usualmente es más barata que el cemento.
• Igual que los morteros de cemento-arena, las mezclas de suelo-cemento se vuelven más trabajables añadiendo cal. Si el contenido de arcilla es alto, la cal adicional reacciona con ésta estabilizando más el suelo.
• El contenido de cemento apropiado variará de acuerdo a los aspectos antes mencionados. Se recomienda un mínimo 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 añadirse y mezclarse completamente justo antes de su utilización, 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 compactación (por ejemplo, con apisonador o prensa de bloques).
• El Cemento Portland es el estabilizador que proporciona la mayor resistencia mecánica así como resistencia a la penetración del agua, a las dilataciones y a las contracciones.
Yeso
• La estabilización del suelo con yeso no es muy común en la práctica y la información sobre su comportamiento es muy limitada.
• El yeso se encuentra en abundancia en muchos países, ya sea como yeso natural o como un subproducto industrial, y es más barato que la cal o el cemento (se produce con menos energía y equipamiento).
• Como el yeso mezclado con el agua se endurece rápidamente, los bloques de adobe estabilizado con yeso no requieren prolongados períodos de curado, y pueden ser empleados para la construcción de muros tan inmediatamente después de producidos. Un contenido de yeso de alrededor del 10% es mejor.
• Las ventajas de la estabilización con yeso son poca contracción, apariencia lisa y alta resistencia mecánica. Además, 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 protección: protección contra la lluvia en muros exteriores mediante enlucidos, enchapados o techos con aleros amplios; protección de la humedad interna generada, evitando el vapor de agua (en las cocinas) y la condensación; protección contra la absorción capilar mediante membranas impermeables.
Asfalto
(ver también el capítulo de Aglomerantes)
• Para la estabilización del suelo se puede emplear asfalto diluido, (esto es, mezclado con un disolvente como es la gasolina, kerosene o nafta), o como una emulsión (esto es, diluido en agua).
• Después de mezclar el suelo con el asfalto diluido, se debe extender antes de emplear el material en la fabricación de bloques para permitir que el disolvente se evapore. Es mejor mezclar el asfalto diluido con una pequeña cantidad de suelo, para luego mezclarlo con el suelo restante.
• Las emulsiones de asfalto generalmente son muy fluidas y se mezclan fácilmente con suelo húmedo. Se debe evitar mezclar excesivamente para prevenir la descomposición prematura de la emulsión, llevando a incrementar la absorción de agua después del secado. Las emulsiones deben diluirse en el agua de mezclado.
• Las mezclas de suelo para su compactación no deben ser demasiadas húmedas, por ello debe añadirse una menor cantidad de estabilizador.
• El contenido de asfalto debe ser de 2 a 4%. Mayores proporciones producen resistencias a compresión peligrosamente bajas.
• El suelo estabilizado con asfalto debe ser curado en aire seco a una temperatura aproximadamente de 40°C.
• Aunque la estabilización con asfalto no mejora la resistencia de la tierra, sí reduce significativamente la absorción de agua. En otras palabras, aunque la resistencia de suelo en seco no es muy alta, ésta no se reduce cuando se humedece.
• La estabilización con asfalto es más efectiva en suelos arenosos y limosos con un limite liquido entre 25 y 35% y un índice de plasticidad entre 2.5 y 13%.
• La presencia de materia orgánica ácida, sulfatos y sales minerales puede ser muy dañina. Un posible remedio es añadir 1% de cemento.
Estabilizadores Comerciales
• Principalmente son productos químicos manufacturados, desarrollados en un principio para estabilizar la tierra empleada en la construcción de carreteras.
• Estos estabilizadores químicos trabajan esencialmente como impermeabilizantes. En general, no mejoran la resistencia a compresión del suelo.
• Las cantidades requeridas de estos estabilizadores varían entre 0.01 y 1% por peso, por ello para obtener una distribución uniforme se necesita un mezclado bastante completo.
• En la Bibl. 02.19. se ofrece una lista de estabilizadores comerciales.
Solución 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 también 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 proporción de 1:3.
• Los bloques de suelo son sumergidos en la solución aproximadamente por un minuto, después que se aplica la solución con una brocha dura. Se repite el procedimiento por segunda vez y se dejan secar los bloques en un lugar protegido por siete días como mínimo.
• Se obtiene una penetración más profunda de la solución, añadiendo una pequeña cantidad de algún agente activo superficial.
Resinas
• Las resinas son extractos vegetales procesados tales como la savia de los árboles, o subproductos de diversos procesos industriales.
• Se han realizado muchos trabajos de investigación sobre estos materiales y se han obtenido extraordinarios resultados con la estabilización con resina.
• Las principales ventajas son resistencia al agua (aunque no en todos los casos), rápido fraguado y solidificación de suelos muy húmedos.
• Sin embargo, las principales desventajas son el alto costo, tecnología de producción sofisticada y la necesidad de mayores cantidades que los estabilizadores convencionales. Las resinas a menudo son tóxicas y degradable por los agentes biológicos.
Sueros
• El suero (caseína) es un liquido rico en proteínas formado al hacer requesón. Su empleo en edificaciones será muy limitado en la mayoría de países 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.
• Añadiendo suero a un mortero de suelo-cal o a una lechada de cal se obtiene una protección superficial contra los agentes atmosféricos, sin que el suelo pierda la capacidad de respirar.
• Para obtener una buena adherencia y evitar grietas, la lechada de cal debería aplicarse en dos o tres capas delgadas. Emplear el suero como imprimación también puede dar buenos resultados.
Melaza
• La melaza es un producto secundario de la industria azucarera.
• Añadiendo melaza al suelo se mejora su resistencia a la compresión y se reduce la capilaridad del suelo.
• Trabaja bien con suelos limosos y arenosos. En el caso de suelos arcillosos, se debe añadir pequeñas cantidades de cal a la melaza.
• La cantidad de melaza añadida normalmente al suelo es aproximadamente de 5% por poso del suelo.
Como Utilizar los Estabilizadores
Aunque ya se mencionó el uso de cada estabilizador, resumiremos algunas reglas generales:
• El beneficio completo de emplear un estabilizador se alcanza sólo si éste hace contacto con cada partícula del suelo, por ello, se necesita un mezclado bastante completo.
• Para encontrar la mejor combinación y las mejores proporciones de estabilizadores para un suelo determinado se necesita mucha preparación y muchos ensayos. Vale la pena gastar tiempo y esfuerzo, incluso si se toma uno o dos meses de preparación.
• La única manera de determinar la proporción 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 comprensión después de diferentes períodos de secado, ensayos de secado y humedecimiento prolongado, e inmersión en agua.
• Los bloques estabilizados con cal y cemento portland necesitan ser curados en húmedo por lo menos 7 días para que obtengan resistencia.
• Los programas de ensayos deben tomar en cuenta las condiciones climáticas locales, la posibilidad de heladas, y similares. La elección del estabilizador también diferirá entre las regiones áridas y húmedas.
• Debe recordarse que los bloques de prueba sólo necesitan una pequeña cantidad de suelo, la cual es fácil de mezclar. Durante la construcción real o la producción de bloques en serie, el mezclado de grandes cantidades de suelo es más difícil, de modo que debería añadirse una proporción ligeramente mayor de estabilizador (excepto en el caso del cemento).
• El propósito de estos ensayos siempre es encontrar la menor cantidad de estabilizador que satisfaga los requerimientos. Muy a menudo los requerimientos específicos son injustificablemente altos originando elevados costos innecesariamente.
