NANOTECNOLOGIA_APLICADA_A_LA_ESTABILIZAC

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NANOTECNOLOGIA APLICADA A LA ESTABILIZACIÓN DE SUELOS: 
DESEMPEÑO TÉCNICO 
Gerardo D. López (1) (2) *, Horacio Tobías (1) 
 
(1) Nanotek S.A., Güemes 3878, Dpto 4 (S3002GHH) Santa Fe, Argentina 
(2) Facultad Regional Santa Fe, Universidad Tecnológica Nacional, Lavaise 610 (S3004EWB) Santa Fe, Argentina 
Correo Electrónico (autor de contacto): gerardo@santafe-conicet.gob.ar 
Palabras claves: nanotecnología, nanohierro, estabilizador de suelos, desempeño técnico 
RESUMEN 
Las prestaciones de una vía de tránsito se pueden mejorar con estabilizantes químicos, que incluyen una amplia 
variedad de compuestos que actúan sobre características físicas y mecánicas del suelo. La nanotecnología permite 
combinar las propiedades de las formulaciones convencionales con la capacidad de interacción a nivel molecular que 
tienen las nanopartículas por su gran superficie específica. Se logran así beneficios económicos y ambientales. Se 
presentan resultados de laboratorio y de campo del desempeño de un estabilizador químico basado en nanohierro 
cerovalente que modifica las características físico-químicas del suelo (capilaridad, expansividad y permeabilidad), 
reduciendo la erosión hídrica y el porcentaje de hinchamiento en suelos expansivos y aumentando la resistencia a la 
compresión simple y el Valor Soporte Relativo. Las nanopartículas de hierro reaccionan con los coloides del suelo, 
generando una matriz cuya dureza y resistencia final dependerá de las características hidrogeológicas del suelo 
nativo y de la circulación de vehículos. 
 
NANOTECHNOLOGY IN SOIL STABILIZATION: 
TECHNICAL PERFORMANCE 
 
Keywords: nanotechnology, nanoiron, soil stabilizer, technical performance 
ABSTRACT 
Soil stabilization consists on mixing different compounds with the substrate in order to get a better performance from 
a natural road. Each class of stabilizer will act upon one or several characteristics of the soil. Nanotechnology allows 
combination of properties from conventional formulations with a capacity of interaction at molecular level due to the 
high specific surface of nanoparticles, thus achieving economic and environmental benefits. This work presents results 
at laboratory and field scales related to performance of a chemical stabilizer based on zerovalent nanoiron, which 
modifies physical and chemical characteristics of the soil (capillarity, expansivity and permeability), reducing effects 
such as hydric erosion and swelling of natural soils, while simultaneously increasing compressive strength and 
relative bearing values. Iron nanoparticles react with natural occurring colloids, generating a matrix which hardness 
and final strength will depend on hydrogeological characteristics of native soil and stresses imposed by vehicles on 
the road. 
 
1. INTRODUCCIÓN 
Existen diferentes razones para plantear la necesidad de estabilizar caminos naturales en lugar de llevar a cabo su 
pavimentación. En muchos casos prima el criterio económico de minimizar costos respecto de alternativas 
convencionales, de manera de permitir el flujo de vehículos en condiciones que, aunque no sean ideales, al menos 
minimicen el impacto de problemas como la formación de huellas y el levantamiento de polvo. En otros casos 
 
 
puede aparecer un concepto estético de concepción de un proyecto, como en countries o barrios cerrados, en los 
que se busca preservar el carácter rústico de las calles, pero sin resignar las prestaciones de un pavimento 
tradicional. En cualquiera de estos casos, los caminos de tierra y ripiados requieren de mantenimiento frecuente e 
intensivo para contrarrestar los daños causados por el desplazamiento mecánico de partículas finas y gruesas 
debido al rodamiento de los vehículos. Este mantenimiento usualmente incluye tanto la reposición de agregados 
para compensar la pérdida de material, como la compactación y restauración morfológica del camino (eliminación 
de huellas, abovedado para permitir drenaje de agua) para recuperar la calidad de rodaje. La frecuencia de estas 
tareas de mantenimiento es proporcional al volumen del tráfico y una reducción de esta frecuencia mediante el 
empleo de nuevas tecnologías resulta beneficiosa en varios sentidos. 
Disminuir demoras e inconvenientes para los motoristas que deben atravesar la zona de obras y optimizar el uso del 
dinero son dos de las ventajas más obvias. Sin embargo existen otros beneficios menos tangibles que usualmente 
no son tenidos en cuenta en los procedimientos estándares de análisis de factibilidad de proyectos viales. En este 
trabajo se procura definir en términos cualitativos e intentar una evaluación cuantitativa de los beneficios sociales y 
ambientales, habitualmente referidos como “externalidades” en los proyectos de estabilización de caminos no 
pavimentados. 
Este análisis integral se enmarca en los criterios del desarrollo sostenible, paradigma por excelencia en la 
ingeniería del siglo XXI, procurando balancear la percepción pública de lo natural o “verde” como objetivo 
deseable de calidad de vida, con las herramientas que las nuevas tecnologías ponen a disposición de los ingenieros 
para permitirles concretar en la práctica esta visión ambientalmente amigable, con énfasis en la nanotecnología, 
que constituye una innovación incremental sustantiva respecto de la estabilización química convencional. 
A partir de estas consideraciones generales, el trabajo se estructura en tres partes. En este primer texto se desarrolla 
una breve discusión técnica de las características y prestaciones de un estabilizador nanoformulado disponible en el 
mercado local y regional, de manera que las consideraciones cuantitativas se fundamenten sobre experiencias a 
escala real, las cuales permiten evaluar aspectos tales como aplicación, prestaciones y durabilidad en el terreno, de 
manera más ajustada que las extrapolaciones de ensayos de laboratorio. La evidencia práctica confirma que los 
caminos no pavimentados adecuadamente estabilizados mediante métodos mecánicos combinados con el aporte de 
producto químicos nanoformulados, pueden soportar el tráfico durante lapsos libres de mantenimiento más 
prolongados que los caminos naturales o no estabilizados. 
Sobre esta evidencia, se analizan en dos textos complementarios [1,2] los costos y beneficios, tanto tangibles como 
intangibles, para probar la hipótesis de eficacia y sostenibilidad de la estabilización nanoquímica de suelos 
naturales. 
 
2. ESTABILIZACIÓN QUÍMICA DE SUELOS 
 
2.1. Estabilizadores químicos 
 
La estabilización química de suelos consiste en el mezclado de diferentes compuestos con el sustrato para mejorar 
las prestaciones de una vía de tránsito. Este nombre no se aplica al mero regado superficial del terreno, sino que 
debe darse una interacción entre los aglomerantes químicos y los distintos materiales que forman el suelo. Los 
efectos de estas interacciones incluyen: 
Adhesión: el estabilizante actúa como ligante de las partículas del terreno 
Adsorción: el estabilizante atrapa la humedad relativa del ambiente reduciendo de esta manera la emisión de polvo 
Dilatación: es el efecto de dispersión de agua cuando el sustrato es sometido a compactación vibratoria 
Dispersión: el estabilizante separa las partículas finas unas de otras 
Efectos iónicos: la acción del estabilizante revierte la carga electrostática en algunos tipos de plateletas del suelo 
Surfactación: el estabilizante reduce la tensión superficial. 
Los estabilizantes químicos incluyen una amplia variedad de compuestos, entre los cuales se encuentran sales, 
productos enzimáticos, polímeros y subproductos del petróleo. Cada tipo de estabilizante puede tener efectos sobre 
una o varias de las propiedades de desempeño del suelo que se han listado precedentemente, de acuerdo al tipo 
específico, las condiciones de aplicación y el tipo de suelo tratado. 
En general, la técnica de estabilización química requiere de una mezcla íntimaentre el suelo local, los agregados 
requeridos y los estabilizadores, atendiendo a cuestiones tales como la calidad y distribución granulométrica de los 
 
 
agregados. Los estabilizadores químicos, que usualmente se presentan en estado líquido, se mezclan en una fase 
inmediatamente posterior al roturado del suelo y su distribución se logra por aspersión. 
Para ser considerado un estabilizante químico, el producto debe tener la capacidad de modificar alguna/s 
propiedad/es del suelo, tales como la resistencia o la permeabilidad. La función esencial de estos productos es la de 
aglomerar y ligar entre si las partículas finas. El mecanismo mediante el cual se logra este propósito depende del 
tipo de compuesto químico aplicado. 
Las sales, tales como el cloruro de calcio y el cloruro de magnesio, son humectables y en consecuencia 
incrementan la tensión superficial entre partículas. 
Las resinas y las emulsiones, se adhieren a las partículas, cementándolas entre sí. Ejemplos de productos 
comerciales basados en este mecanismo son el Centrophase AD (emulsión de lecitina de soja), el EC Cryl 
(emulsión vinílica-acrílica), el Soil Sement (emulsión de acetado de acrílico-polivinilo) y el Soiltac (emulsión de 
copolímero de acetato de vinilo). 
Los lignosulfonatos incrementan la plasticidad a través de la dispersión de las partículas de arcilla, 
mencionámndose como ejemplo de los mismos el producto comercial TDS (lignosulfonato de amonio). 
 
 
2.2. Estabilizador nanoformulado 
 
La nanotecnología constituye una innovación incremental en el desarrollo de estabilizantes químicos, al combinar 
las propiedades de las formulaciones convencionales con la capacidad de interacción a nivel molecular que tienen 
las nanopartículas incorporadas. Esta mayor interacción, derivada del incremento en la superficie específica del 
reactivo, redunda en un beneficio económico al requerir menor cantidad de aditivo por unidad de volumen a 
estabilizar y un beneficio ambiental al minimizar el eventual impacto de agregados no presentes en el suelo 
original. 
Como es habitual en la literatura científica y tecnológica, tanto las menciones de productos comerciales en el 
apartado precedente, como las consideraciones técnicas acerca del producto SoilTek
®
 que se presentan a 
continuación, tienen como objetivo entender su modo de funcionamiento, su campo de aplicación y sus 
limitaciones. Por lo tanto esta presentación no implica avalar determinado producto comercial, sino hacer 
referencia a ejemplos prácticos (no teóricos), en la presentación del enfoque de Evaluación de Ciclo de Vida Total 
en proyectos de reparación o mantenimiento vial. 
El SoilTek® es descripto por el fabricante [3], como un compuesto químico nanotecnológico capaz de modificar las 
características físico-químicas del suelo (capilaridad, expansividad y permeabilidad), controlando y reduciendo los 
efectos producidos por el agua, como la erosión hídrica y el porcentaje de hinchamiento en suelos expansivos. 
Además aumenta la resistencia a la compresión simple y el Valor Soporte Relativo. Si bien este producto fue 
diseñado para la mejora de circulación en calles de tierra y caminos rurales o secundarios, también se ha aplicado 
en la estabilización de banquinas, bases y sub-bases, en playas de maniobras y estacionamientos y en la fijación de 
taludes [4]. 
El aspecto innovador de este producto es la incorporación y distribución homogénea de nanohierro cerovalente en 
el mortero de suelo-cemento, modificando de esta manera las condiciones geoquímicas durante el proceso de 
fraguado con el fin de lograr mejores prestaciones mecánicas. El nanohierro está dosificado en el producto bajo la 
forma una suspensión estable en una matriz polimérica submicrónica, la cual a su vez actúa como aglomerante y 
sellador, incrementando la impermeabilidad y la cohesión molecular de suelo. 
Técnicamente, las nanopartículas de hierro reaccionan con los coloides naturales del cemento (portlanditas y 
tobermoritas), generando una matriz dura y resistente, aún con muy bajas concentraciones de cemento: 2,5 a 4% 
dependiendo de las características hidrogeológicas del suelo nativo y del tipo e intensidad de los esfuerzos al que 
será sometido el camino. Por su parte, las cadenas poliméricas aportan la capacidad autoligante incrementando la 
fuerza dinámica de apoyo. Este proceso reduce la superficie específica de los suelos gracias al efecto de 
aglomeración y fraguado de las partículas finas, las que se recubrirán con partículas hidrófugas submicrónicas 
aportadas por el polímero. Este efecto ocurre tanto en profundidad como en las capas superficiales, otorgando una 
mayor impermeabilidad estructural, influyendo positivamente sobre la sensibilidad al agua, principal problema en 
el mantenimiento y estabilización de cualquier tipo de suelo con alto contenido de partículas finas activas. El 
menor contenido de humedad remanente permite alcanzar una densidad seca mucho mayor a la del suelo nativo, lo 
 
 
que se debe potenciar mediante el adecuado trabajo de compactación mecánica. La reducción en la capilaridad del 
conjunto tratado asegura el control de la expansividad del suelo, lográndose valores de hinchamiento inferiores a 
los límites establecidos por Vialidad Nacional en Argentina. 
En base a la funcionalidad descripta, el compuesto nanoformulado hace posible el uso directo del suelo nativo y la 
reducción sustancial en la adición de cemento Portland. La fluidez del producto facilita su aplicación por aspersión 
y el laboreo mediante maquinaria simple de la capa de suelo a estabilizar, con lo cual se disminuyen los tiempos 
totales de obra al permitir avances de entre 1500 y 2000 m
2
/día dependiendo de las condiciones locales y del tipo 
de suelo nativo. Desde el punto de vista ecológico, el producto contribuye a reducir el impacto ambiental generado 
por la ejecución de obras viales por tratarse de un compuesto basado en hierro (aquí incorporado bajo la forma de 
nanopartículas), que es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre y que de hecho suele estar presente 
en los suelos naturales en mucha mayor proporción que la aportada mediante la dosificación del estabilizador. 
 
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL / METODOLOGÍA 
Se llevaron a cabo dos tipos de ensayos: evaluación de la resistencia a la compresión (RC) de suelos estabilizados 
con ligantes hidráulicos y análisis de valor soporte relativo (VSR) e hinchamiento. 
Se analizaron suelos de distinta clasificación pero adecuados para la estabilización con cemento Portland como 
aditivo convencional, al que se le agregan distintos porcentajes del estabilizador nanoformulado. La hipótesis 
experimental es que las nanopartículas rellenan los poros del material compactado, densificando la matriz y 
disminuyendo consecuentemente la porosidad y permeabilidad de pastas y morteros, lo a su vez incrementa la 
resistencia. El objetivo de esta serie experimental fue determinar el lapso en que se desarrolla la máxima resistencia 
a la compresión para cada nivel de dosificación del estabilizante. Como marco contextual se sabe que los suelos-
cemento, dependiendo de una serie de parámetros operativos, alcanzan este máximo en tiempos que van de 3 a 180 
días. 
Dado que parte del incremento de resistencia que se quiere determinar corresponde al nanoestabilizador, en los 
ensayos se emplearon concentraciones de cemento considerados bajas (<5%) según la práctica vial habitual. De 
esta manera se procura además evitar las fisuras de contracción de fragüe y desarrollar una alternativa de 
estabilización basada en nanotecnología que resulte aceptable técnicamente y competitiva económicamente. Se 
ensayaron probetas tanto curadas en cámara húmeda (figura 1) como al aire, de manera de analizar el efecto de la 
humedad de hidratación. Los tiempos de curado, tanto en aire como en cámara fuero de tres y siete días 
respectivamente.Figura 1. Probetas curadas en cámara húmeda 
 
Los suelos empleados en la confección de las probetas fueron de distintos orígenes y su clasificación normalizada 
corresponde a suelos A-4 y A-2-4. 
El material típico del grupo A-4 es un suelo limoso no plástico o moderadamente plástico, que normalmente tiene 
el 75% o más de material que pasa el tamiz de 75 �m (#200). Este grupo también incluye mezclas de uelo limoso 
fino y hasta 64% de arena y grava retenida sobre el tamiz de 75 �m (#200). 
El subgrupo A-2-4 incluye varios materiales granulares que contienen 35% o menos de material que pasa el tamiz 
de 75�m (#200) y con una porción que pasa el tamiz de 425 �m (#40) que tiene las características de los grupos A-
 
 
4 y A-5 respectivamente. Estos grupos comprenden materiales tales como grava y arena gruesa con contenidos de 
limo y arena fina con un contenido de limo no plástico por encima de las limitaciones del grupo A-3. 
A fin de evaluar el efecto aislado del nanohierro, en lugar del estabilizante (constituido por una matriz polimérica 
en la que se dispersa el nanohierro) se llevaron a cabo experiencias en las que solo se aditivó una suspensión 
acuosa del nanometal. 
 
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
Las tablas 1 y 2 resumen los principales resultados obtenidos. Los datos se presentan de acuerdo a la siguiente 
nomenclatura: 
 
s/a = suelo sin aditivo 
S1 = Soiltek con polímero tipo S1 
S2 = Soiltek con polímero tipo S2 
nFe = incorporación del nanohierro sin polímero 
S1+ = Soiltek con polímero tipo S1 y mayor concentración de nanopartículas 
 
Tabla 1. Resistencia a la compresión final, secado en cámara húmeda (kg/cm2). 
Estabilizante 
/ Curado 
s/a S1 S2 nFe S1+ 
72 horas 4,2 6,4 6,1 6,1 6,2 
168 horas 4,2 6,8 6,0 6,2 6,3 
240 horas 6,7 4,7 6,0 5,8 6,4 
 
Tabla 2. Resistencia a la compresión final, secado al aire (kg/cm2). 
Estabilizante 
/ Curado 
s/a nFe S1+ 
72 horas 10,7 12,4 12,6 
168 horas 10,7 12,4 12,6 
 
De los resultados que se reportan, se infiere que la mayor parte del efecto de incremento de la resistencia se debe al 
nanohierro, ya que los valores obtenidos con diferentes polímeros no difieren significativamente de los logrados 
con la dosificación del nanometal en suspensión acuosa. 
También se verifica que para cualquier condición de curado (tiempos y humedad relativa ambiente) el incremento 
en la resistencia es significativo, resultando en el rango del 15% para secado al aire, hasta más del 50% para secado 
de las probetas en cámara húmeda. 
También se observa que en el secado al aire el valor final de resistencia a la compresión obtenido es mucho mayor 
que para el secado en cámara húmeda para los mismos lapsos. 
 
 
4. CONCLUSIONES 
Los resultados de ensayos reportados aquí y de las experiencias evaluadas a escala real que se informan en otro 
trabajo [4] muestran que la opción de estabilización en base a nanomateriales es una alternativa válida 
técnicamente. 
En todos los casos ensayados se obtuvieron incrementos de resistencia a la compresión respecto a los obtenidos 
con suelo-cemento convencional. La incorporación de Soiltek se lleva a cabo en pequeñas proporciones, del orden 
 
 
de 1 a 2 kg/m
3
, mientras que simultáneamente reduce el requerinmiento de cemento Portland, lo que define que la 
tecnología no solo es técnicamente adecuada sino que resulta competitiva frente a los métodos más tradicionales. 
Por otra parte, si bien desde el punto de vista estricto de la resistencia mecánica el aporte de la matriz polimérica en 
la que se dosifica el nanohierro es bajo, desde el punto de vista integral en la estabilización de suelos reales, el 
mismo contribuye a mejorar la prestación global dado que proporciona flexibilidad e impermeabilidad. La 
flexibilidad permite lograr una estructura estabilizada con mayor capacidad de deformación y consiguientemente 
menores fisuras por contracción de fragüe. El relleno de los poros del suelo por parte del polímero incrementa la 
cohesión del conjunto y mejora la resistencia a los efectos del agua, lo cual posibilita una mayor vida útil del 
estabilizado. 
 
REFERENCIAS 
1. G. D. López y M. S. Ambrosini, “Nanotecnología aplicada a la estabilización de suelos: factibilidad económica”; 
Anales SAM – CONAMET, 2013; aceptado para presentación 
2. G. D. López y M. S. Ambrosini, “Nanotecnología aplicada a la estabilización de suelos: huella ecológica”; 
Anales SAM – CONAMET, 2013; aceptado para presentación 
3. http://www.nanotek.ws/index.php?option=com_flexicontent&view=items&cid=10&id=3&Itemid=10&lang=es 
4. A. M. Leanza, A. Firpo, G. D. López, H. Tobías, “Nanotecnología: su aporte al futuro vial”; Anales XVI 
Congreso Argentino de Vialidad y Tránsito; ISBN 978-987-28682-1-5; 2012