estabilización térmica y eléctrica de suelos blandos

1. Mecánica de suelos II
Objetivos
Objetivo General:
 Es investigar, conocer, todo sobre estabilización de suelos blandos
Objetivos Específicos:
 Investigar acerca de los métodos dinámicos de estabilización de suelos
blandos
 Conocer las clases de estabilización más usada.
 Conocer la Norma CE.020 Estabilización de Suelos y Taludes

2. Mecánica de suelos II
Capítulo I: Marco Teórico
1.1. Estabilización de suelos
Consiste en agregar un producto químico o aplicar un tratamiento físico para
modificar las características de los suelos. Es la corrección de una deficiencia
para darle una mayor resistencia al terreno o bien, disminuir su plasticidad.
1.1.1. Consideraciones Generales
Los suelos, mezcla de arena y arcilla, cualquiera que sea la proporción de sus
elementos, cuando tienen una cantidad adecuada de humedad, son estables y
pueden resistir perfectamente un tráfico relativamente intensos sobre la arena,
material incoherente.
Sin embargo el terreno natural tiene graves inconvenientes; solamente en
momentos determinados es un firme estable; se convierte en polvo o barro en
cuanto la proporción de humedad varía de la que exige, en cada caso, su
naturaleza. La observación de los hechos indicados y el estudio científico de las
propiedades de los suelos, ha creado una técnica de gran interés, para su
estabilización, con un doble fin: construir caminos de costo reducido,
perfectamente aceptables para ciertos límites de tráfico, y cimientos capaces de
soportar con la debida permanencia de sus características, las cargas que
transmiten las capas de rodadura de alta calidad. Por ambos conceptos la
trascendencia de esta técnica es grande.
La economía moderna obliga a llegar hasta los más recónditos lugares para
poder utilizar los recursos del país. La red de caminos rurales necesita
extenderse cada día más y más; el tráfico en mucho de ellos es reducido, pero
deben ser transitables en todo momento; no sería posible, dentro del problema
económico en conjunto, dotar a estos caminos de firmes de calidad, de costo
elevado; los de bajo precio, utilizando los materiales existentes al pie de la obra,
son, en muchos casos, una solución excelente.
Por otra parte, mantener la calidad del suelo sobre el que se asientan las capas
del pavimento con unas características aceptables en todo tiempo, es

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fundamental para el resultado del firme; por ello , en los últimos años se ha
dedicado una preferente atención al estudio de la estabilización del suelo,
cimiento de pavimento de alta calidad; su empleo permite llegar en muchos
casos a espesores mucho más reducido de las capas del firme con completa
garantía; el conjunto del pavimento resulta mucho más económico.
1.1.2. Conceptos Fundamentales de la Estabilización
El suelo se deforma bajo la acción de las cargas directas, o a las transmitidas
por las capas del firme de alta calidad, si no tiene la debidaresistencia; esta debe
tener valores que no desciendan en ninguna circunstancia de los que exigen las
cargas que ha de soportar. Es sabido que, especialmente en ciertos tipos de
suelo, su resistencia varía ampliamente al cambiar la proporción del agua que

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contiene. Con la estabilización se pretende, en primer término lograr, que dentro
de unas condiciones normales, el agua que el suelo pueda contener solamente
varié entre límites muy pequeños; Se tendrá así una resistencia conocida y
estable. Para ello se añaden y mezclan con el suelo diferentes productos
hidrófobos, que transmiten esta propiedad al suelo, estabilizando sus
características. Así sucede con los suelos predominantemente arcillosos y con
los limosos, capaces de absorber y retener por absorción proporciones elevadas
de agua; cuando están secos se disgregan y presentan una apreciable
resistencia; pero cuando tienen una cierta cantidad de agua se hacen plásticos
y deformables llegando incluso a fluidificarse; el cemento, los productos
bituminosos y las diferentes clases de resinas y plásticos que se emplean en la
estabilización, limitan la cantidad de agua que el suelo pueda contener ,
estabilizándolo.
Los suelos cohesivos y suelos del tipo granular, que solamente tienen resistencia
con un acierta cantidad de agua, que varía entre límites muy próximos, presentan
cohesión
aparente; si se quiere que tengan una cierta resistencia cuando estén secos, hay
que mezclarlos con productos capaces de aglomerarlos, función que pueden
cumplir los productos cohesivos; el material estabilizador tiene una doble
función, dar al conjunto una determinada rigidez y mantener esta característica
evitando que la posible absorción de agua exceda los límites convenientes; pero
si la composición granulométrica del suelo granular no es adecuada, la
proporción precisa del producto estabilizado resulta muy alta y puede resultar
antieconómica; por ello, en muchos casos es corriente corregir el suelo,
añadiendo al material granular, si económicamente es posible, el suelo cohesivo
necesario y al conjunto, el producto preciso para cumplir la misión de darle la
debida resistencia y mantener la debida proporción de humedad. Análogamente
un suelo excesivamente plástico puede ser económicamente conveniente
corregirlo añadiéndole una determinada proporción de material granular,
previamente al empleo del producto estabilizador. La estabilización exige el
cumplimiento de un aserie de condiciones comunes, que son las siguientes:

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1. El suelo estabilizado deberá tener la resistencia precisa para soportar las
cargas a que ha de estar sometido, bien sean transmitidas por las capas
superiores del pavimento olas directas del tráfico, cuando constituya la
capa de rodadura, esta resistencia mínima habrá de lograrse en las
condiciones extremas, de humedad y acción del hielo, que se han de
prever, según las características meteorológicas y de drenaje.
2. El cumplimiento de la condición anterior obligará a corregir el suelo
natural, bien por la aportación de otros apropiados o por la adición de
cemento, betún o diferentes productos químicos. La conveniencia del
empleo de uno u otros, es cuestión económica.
2. SELECCION DEL MÉTODO DE TRATAMIENTO DEL SUELO
De manera análoga a las personas, los suelos pueden presentar debilidades
estructurales e incluso enfermedades. Al igual que hace el médico, que
selecciona medicaciones para el tratamiento del enfermo, el ingeniero
geotécnico al tratar un suelo debe prescribir un tratamiento apropiado para la
debilidad o enfermedad en cuestión. Solamente después de una evaluación de
los diversos factores puede realizarse con buena probabilidad de éxito la
selección del mejor método. Algunos factores importantes, que deben
conocerse, son los siguientes:
2.1 Propósito del tratamiento. Esto determinará el nivel de mejora
geotécnica requerido en términos de resistencia, rigidez,
compresibilidad, permeabilidad y estabilidad. Tipo de estructura, tipo de
carga, asientos permisibles.
2.2 El área, profundidad y volumen total de suelo a tratar.
2.3. Tipo de suelo y sus propiedades geotécnicas iniciales, lo que
incluye el conocimiento de la fase líquida y en ocasiones de la
hidrogeología y de la geología de la zona.
2.4. Estabilidad global de la zona.
2.5. Disponibilidad de materiales.
2.6. Disponibilidad de especialistas y de equipos.

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2.7. Factores ambientales.
Eliminación de residuos, erosión, contaminación del agua, efectos sobre
estructuras y servicios adyacentes.
2.8. Experiencia local.
2.9. Tiempo disponible.
Una vez que estos factores han sido evaluados, se puede reducir la lista de
métodos potencialmente aplicables a quizás dos o tres, o en algunos casos a
uno sólo. Esto puede darse, por ejemplo, en el caso de inyecciones en relación
con problemas tales como:
a) Sellado de filtraciones a través de cimentaciones sótanos, y estribos de
estructuras, cuando las pantallas de Impermeabilización son Impracticables
b) Impermeabilización rápida del suelo en excavaciones, durante el período de
construcción, etc.
3. Tipos de Estabilización
3.1 Estabilización térmica.
Esta técnica comenzó a desarroIlarse en la URSS en la década de los años 50,
y ha sido utilizada exitosamente en un importante número de emprendimientos.
Según Esvtatiev (1988) la aplicación de este método es técnica y
económicamente aconsejable en los siguientes casos: a) en la estabilización de
fundaciones existentes de estructuras altas como chimeneas, tanques de agua;
b) en la paralización de los asentamientos en construcciones existentes,
provocados por el colapso del suelo. Las propiedades de los minerales arcillosos
cambian cuando éstos son sometidos a altas temperaturas, lo cual genera un
aumento importante de la resistencia y por ende la eliminación de la
susceptibilidad al colapso del suelo. La tecnología ha ido variando y mejorando
su eficiencia a lo largo de estas décadas. No obstante la variedad de métodos,
casi todos ellos consisten en la introducción de un quemador de fuel o gas dentro
de un pre pozo de 0,20 metros de diámetro, con una presión de aire de 2,0 a 3,0
Kg/cm2. De esta forma al cabo de 10 a 15 días se consigue una columna

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estabilizada de suelo de 2,0 a 3,0 metros y una profundidad de 10 a 15 metros
(Beles y Stanculescu, 1958).
Es un sistema físico de estabilización que utiliza el calor o la congelación, a corto
o largo término, mejorando así las propiedades de los suelos problemáticos. Los
procesos térmicos más utilizados son:
 Calentamiento: El calentamiento de suelos a altas temperaturas,
alrededor de 300°C, se realiza por métodos que involucran procesos de
combustión, electricidad, microondas o la aplicación de rayos laser; el
calentamiento genera cambios en las propiedades físicas de los suelos.
En el proceso por combustión se pueden utilizar dos (2) métodos: un
tratamiento in situ, con el uso de quemador u otro elemento de
calentamiento, que se coloca en el suelo; otro sistema utiliza el retiro y
tratamiento del material en depósitos estacionarios, para producir un
material tratado térmicamente.
Los suelos finos parcialmente saturados, como arcillas, limos y loess, son
muy apropiados de estabilizar con técnicas de calentamiento. Mediante
este proceso se aumenta la capacidad de soporte, se disminuye la
sensibilidad del material al agua, a la compresibilidad y al hinchamiento,
se reduce la presión lateral y se disminuye el posible colapso. Puede ser
por calentamiento para reducir la expansión de arcillas a una temperatura
entre 200 y 400 ºC o enfriamiento congelando el agua, sin embargo esto
provoca baja resistencia, este método es poco empleado.
 Congelamiento: Con el congelamiento del suelo se obtiene
temporalmente un material estable; también se utiliza para el control del
flujo del agua subterránea en suelos blandos o en excavaciones debajo
del nivel freático.

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3.1.1. APLICACIONES
TRATAMIENTO TÉRMICO PARA SUELOS CONTAMINADOS
Existen al menos dos tipos de tratamientos térmicos para suelos contaminados
los cuales son:
 In situ.
 Ex situ.
TRATAMIENTO PARA SUELOS CONTAMINADOS IN SITU. –
Mediante los métodos de tratamiento térmico in situ se desplazan o “movilizan”
las sustancias químicas nocivas en la tierra y las aguas subterráneas por
calentamiento. Las sustancias químicas se desplazan a través de la tierra y las
aguas subterráneas hacia pozos en donde se las recoge y canaliza hacia la
superficie del suelo para ser tratadas con otros métodos de limpieza. Algunas
sustancias químicas se destruyen en el subsuelo durante el proceso de
calentamiento. El tratamiento térmico se describe como in situ porque el
calentamiento ocurre en el subsuelo directamente en la zona contaminada.
Puede ser particularmente útil para las sustancias químicas denominadas
“líquidos en fase no acuosa” o “NAPLs”, por sus siglas en inglés, que no se
disuelven fácilmente en las aguas subterráneas y pueden ser una fuente de
contaminación por largo tiempo si no se tratan. Algunos ejemplos de NAPLs son
los solventes, el petróleo y la creosota (un conservante de la madera).
¿CÓMO FUNCIONA?
Con el de tratamiento térmico in situ se calienta el suelo contaminado, y a veces
el agua subterránea cercana, a muy altas temperaturas. Con este calentamiento
se vaporizan (evaporan) las sustancias químicas y el agua convirtiéndolos en
gases. Estos gases, también denominados “vapores”, pueden desplazarse más
fácilmente a través del subsuelo. El proceso de calentamiento puede hacer que
sea más fácil extraer los NAPLs tanto de la tierra como de las aguas
subterráneas. Las altas temperaturas también pueden destruir algunas
sustancias químicas en la zona que está siendo calentada. Mediante el
tratamiento térmico in situ se genera calor de diferentes formas: • Con el
calentamiento por resistencia eléctrica (ERH, por sus siglas en inglés) se
suministra una corriente eléctrica entre barras de metal denominadas
“electrodos” de instalación subterránea. El calentamiento generado cuando el
movimiento de la corriente encuentra resistencia del suelo convierte el agua
subterránea y el agua en el suelo en vapor, vaporizando los contaminantes. •
Con la extracción asistida por vapor (SEE, por sus siglas en inglés) se inyecta
vapor bajo tierra por bombeo a través de pozos perforados en la zona
contaminada. El vapor calienta la zona, y moviliza y evapora los contaminantes.
• Con el calentamiento por conducción térmica (TCH, por sus siglas en inglés)

9. Mecánica de suelos II
se utilizan calentadores colocados en tubos de acero subterráneos. Con el TCH
se puede calentar la zona contaminada lo suficientemente como para destruir
algunas sustancias químicas. Los vapores de las sustancias químicas y del agua
se derivan a pozos de captación y se llevan a la superficie del suelo mediante la
aplicación de un vacío. (Ver la Guía del ciudadano sobre extracción de vapor del
suelo y aspersión de aire [EPA 542-12-018S]). Los vapores se tratan luego en
superficie con uno de varios métodos de limpieza disponibles. O bien, si las
concentraciones son altas, los vapores pueden condensarse de nuevo a
sustancias químicas líquidas y reutilizarse. ¿Cuánto tiempo lleva? Con el
tratamiento térmico in situ se puede tardar de unos meses a unos años para
limpiar un sitio. El tiempo real de la limpieza depende de varios factores. Por
ejemplo, podría llevar más tiempo cuando:
• las concentraciones de contaminantes son altas.
• hay una variedad de tipos de suelo, lo que hace que la tierra se caliente de
manera desigual.
• el suelo tiene una gran cantidad de materia orgánica, lo que hace que las
sustancias químicas se adhieran al suelo y no se evaporen fácilmente.
• la zona contaminada es grande o profunda.
¿por qué se usa el tratamiento térmico in situ?
Con el tratamiento térmico in situ se acelera la limpieza de muchos tipos de
sustancias químicas, y estos métodos se encuentran entre los pocos métodos in
situ que pueden limpiar los NAPLs. El tratamiento térmico puede emplearse en
suelos limosos o arcillosos, donde otros métodos de limpieza no dan buen
resultado. Por estos métodos también se puede llegar a la contaminación
profunda en el subsuelo o debajo de edificios que de otro modo sería difícil o
costoso de excavar para el tratamiento en superficie. El tratamiento térmico in
situ se ha seleccionado en la limpieza de al menos 12 sitios Superfund siendo
estos lugares identificados bajo un programa ambiental establecido por la EPA
(Agencia de Protección Ambiental Federal), así como docenas de otros sitios en
todo Estados Unidos.

10. Mecánica de suelos II
Ejemplo:
Se utilizó el método de SEE para acelerar la limpieza del sitio Superfund Visalia
Pole Yard, un depósito de postes de la compañía Southern California Edison en
Visalia, California. Sustancias químicas para el tratamiento de postes de madera
de los servicios públicos contaminaron la tierra y las aguas subterráneas en el
establecimiento. Con el método convencional de “bombeo y tratamiento” que
comenzó en 1984 no se demostró haber avanzado mucho en el cumplimiento de
los objetivos de limpieza. En 1997, se instalaron 14 pozos de inyección de vapor
alrededor de la zona contaminada. Se inyectó vapor en el subsuelo a una
profundidad de 80 a 100 pies para vaporizar las sustancias químicas y forzarlas
hacia los pozos de recolección. Inicialmente, se bombearon cada día alrededor
de 13.000 libras de contaminantes de los pozos de recolección. Después de tres
años, se paró el método de SEE cuando bombeaban menos de 4 libras por día,
lo que indicaba que la mayoría de las sustancias químicas habían sido extraídas.
El sistema de bombeo y tratamiento concluyó en 2004. Se eliminaron alrededor
de 1,3 millones de libras de contaminantes, y las concentraciones de
contaminantes de las aguas subterráneas se redujeron por debajo de los
estándares de agua potable. Mediante el uso del método de SEE, como parte de
la gestión de limpieza, se redujo el tiempo de descontaminación de unos 120
años a 20 años.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS:

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3.2 Estabilización electrocinética.
Se realiza por proceso fisicoquímicos como electrosmótica (corrientes eléctricas)
para su estabilización. Se usa en suelos blandos.
Conocida también como electroósmosis, y se utiliza en la estabilización de
suelos finos al aplicar un campo eléctrico.
De acuerdo a Winterkorn et al., cuando un material sólido está en contacto con
una solución acuosa se presenta una separación de cargas, donde la superficie
sólida adquiere una carga eléctrica, positiva o negativa, y donde la capa
adyacente en la solución acuosa adquiere una carga opuesta, para preservar así
la neutralidad eléctrica.
La forma de separación de cargas se relaciona como una capa doble, y la
diferencia de potencial producida por la separación de cargas se conoce como
potencial electrocinético o zeta (ζ= 0.02 a -0.05 voltios). En el sistema, la capa
interior cargada estará fijada a la superficie sólida, mientras que la capa exterior
que es difusa será móvil dentro de la solución. En el proceso de la
electroósmosis, al aplicar un potencial externo (inducido) los iones en la parte
externa de la capa doble se moverán dependiendo del tipo de carga, y causarán
un arrastre del agua en la solución

12. Mecánica de suelos II
Figura. Modelo de flujo electroosmótico (Mitchell-Zaika et al., 2014)
En
En el caso específico de suelos finos, las partículas poseen carga negativa y se
genera una carga positiva en la capa externa en la solución, con un flujo
resultante desde el ánodo hacia el cátodo. Guardadas las proporciones, este
sistema es similar al observado en una batería (pila), donde se genera una
corriente eléctrica, de tipo galvánica, entre dos (2) electrodos, mediante un
proceso electroquímico.
3.2.2. APLICACIÓN
ELECTROÓSMOSIS
• La electroósmosis consiste en el cambio de la polaridad del elemento
constructivo afectado por la humedad. Esto se hace mediante la
aplicación de un campo eléctrico sobre el muro en el que se localiza el
problema.
• Por igualdad de carga eléctrica los elementos se repelen. Esto es lo que
en principio ocurriría con el agua del interior del elemento afectado y sería
expulsada por esta igualdad polar del muro.
• La realidad es que este tratamiento antihumedad la reduce, pero no la
elimina. Además es un tratamiento dependiente de que no se interrumpa

13. Mecánica de suelos II
el flujo eléctrico. Si se va la luz se produce un efecto rebote y vuelve la
humedad.

14. Mecánica de suelos II
4. NORMATIVIDAD
En El Perú Existe La Norma CE.020 “ESTABILIAZCION DE SUELOS Y
TALUDES” publicado por el Ministerio de Vivienda, Construcción y
Saneamiento en el cual no detalla ningún impedimento o limitante para el uso de
estabilizaciones térmicas y/o eléctricas en nuestro país, todo esto debido al poco
uso que se le da en nuestro territorio nacional.