Suelos dispersivos y arcillas dispersivas, identificación y estabilización

Para los ingenieros civiles, geotécnicos o geológicos, los suelos dispersivos representan uno de los problemas en mecánica de suelos y geotecnia, que necesitan ser resueltos para lograr que las obras de construcción sean seguras, rentables y perduren a lo largo del tiempo.

¿Qué son los suelos dispersivos?

Los suelos dispersivos son aquellos que están conformados por cierto tipo de arcillas (arcillas dispersivas) que ante la exposición de agua tienden formar fisuras o canales que permiten la erosión interna del suelo y generan problemas en las obras de ingeniería civil.

¿Qué son las arcillas dispersivas?

Las arcillas dispersivas son aquellas en que su constitución mineralógica, es tal que las fuerzas de atracción entre las partículas arcillosas es menor a la fuerza de repulsión, además, se encuentran enriquecidas y rodeadas por iones de sodio (Na+).

¿Cómo se da la erosión en los suelos dispersivos?

Como se ha mencionado anteriormente, las arcillas dispersivas se encuentran rodeadas por iones de sodio (Na+), los mismos que son más propensos a ser arrastrados por el agua.

Cuando el agua entra en acción, los iones de sodio son arrastrados, por lo tanto el espacio entre las partículas de arcillas aumenta, es decir que se forman microespacios en el volumen de arcillas, y además la fuerzas de atracción disminuye, por lo que el material es propenso a ser erosionado a través de los espacios formados.

Estos microespacios se forman como pequeños canales que con el tiempo y la continua erosión de agua, generan grandes canales o sifones, que disminuyen la estabilidad del suelo y logran la pérdida de las propiedades ingenieriles iniciales.

¿Qué problemas causan las arcillas dispersivas?

El principal problema que causa las arcillas dispersivas ante la acción del agua, es la erosión interna del suelo a través de los espacios formados, que a su vez disminuyen la estabilidad del material donde se asientan las obras civiles.

La erosión interna en los suelos dispersivos puede causar cambios en el volumen del material, por ende generar rotura o deformación en las obras de construcción que se asientan sobre esos suelos.

Además, puede ocurrir asentamientos en las estructuras.

Estabilización de suelos dispersivos

Básicamente la estabilización de los suelos dispersivas va encaminada resolver la dispersividad de las arcillas que componen los suelos dispersivos.

Como se ha mencionado anterioremnte, la dispersividad del suelo se relaciona con el alto porcentaje de iones de sodio (Na+) adheridos a las arcillas.

Por lo tanto la correcta forma de estabilizar o reducir la inestabilidad de los suelos dispersivos será sustituir los iones inestables de sodio (Na+)  por otros iones estables como el (Ca2+), (Al3+), (Mg2+), mediante un intercambio químico.

Otra forma de estabilizar el suelo dispersivo, será con aditivos que funcionen como aglomerantes o que compacten el suelo.

A continuación se resumen los métodos más usados.

Estabilización con sulfato de Aluminio hidratado

La adición del sulfato de aluminio hidratado (Al2(SO4)3∙18H2O) en los suelos dispersivos induce a que se genere la sustitución de cationes de aluminio por los del sodio.

Para ello se debe añadir aproximadamente el 1,5% de sulfato de aluminio hidratado con respecto al volumen total de las arcillas dispersivas.

Ademas de eliminar la dispersividad del suelo, este método logra reducir hasta un 50% el límite líquido del suelo y con ello reducir el índice plástico.

Estabilización con cemento portland

El cemento portland funciona como aglomerante cuando se mezcla con las arcillas dispersivas del suelo, por tal razón es necesario que la mezcla se haga antes o durante la realización de la obra, es decir que este método no funciona para obras ingenieriles ya ejecutadas.

El método es efectivo cuando se alcanza valores superiores al 95% de compactación.

Estabilización con cal

Con cal viva

La cal viva o también óxido de calcio (CaO) se usa para reducir la humedad del suelo (cantidad de agua en el suelo) por lo que se evita que el agua cause erosión interna en los suelos dispersivos, cuando arrastra a los iones de sodio.

Con cal hidratada

La cal hidratada, o Hidróxido de Calcio, es prácticamente insoluble, su objetivo es permitir la migración de los iones de calcio desde las partículas de cal hidratada hacia las partículas de arcilla, desplazando a los menos estables.

Este proceso genera aglomeración y como resultado el suelo se vuelve más granular y friable.

Este método puede sur usado para estabilizar suelos de presas ya construidas, es decir que no hay necesidad de remover el suelo, pero hay que tener en cuenta que solo se usa en obras pequeñas a medianas con precaución.

El proceso es simple: primeramente se introduce Hidróxido de Calcio en el volumen de agua embalsada de las micropresas, que luego es arrastrada a través del terraplén. De esta forma el agua atraviesa la masa de suelo, en donde se produce el intercambio catiónico y por consiguiente se genera la estabilización de las arcillas dispersivas en el suelo.