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CONTENIDOS/ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN 3
2. NANOSOIL A. DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO 4
2.1. Modo de acción 4
2.1.2. Impermeabilización 4
2.1.2. Adhesión 6
3. RESULTADOS DE LABORATORIO 8
3.1. Impermeabilización 8
3.2. Evaluación de la capacidad portante. Valores de CBR 9
3. NANOSOIL A+B 11
3.1. Adhesividad polímero‐árido. Modo de acción teórico. 11
3.2. Resultados de laboratorio 13
3.2.1. Co‐polímero acrílico 13
3.2.1. Co‐polímero acrílico‐vinílico 14
3.2.3. Nano‐polímero de sílice 14
3.2.4. Comparativa de resultados 16
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1. INTRODUCCIÓN
Este documento recoge las principales características técnicas de NanoSoil A. En él se
detalla la aplicación y ventajas que ofrece el producto, su modo de acción, el procedimiento
de aplicación y una serie de ensayos de laboratorio que demuestran su elevada efectividad. 1
Asimismo, en el documento se describe y justifica también el efecto que produce
NanoSoil A al combinarse con polímeros utilizados tradicionalmente en estabilización de
suelos. A través de varios ensayos es posible justificar que NanoSoil A potencia la acción de
dichos polímeros, mejorando su rendimiento y durabilidad.
1 Todos los ensayos recogidos y/o nombrados en este documento se han realizado en los laboratorios acreditados de SERGEYCO: Servicio de Geotecnia y Control de Calidad
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2. NANOSOIL A. DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO
Se trata de un compuesto formado al 100% por organosilanos, capaz de repeler el agua,
y eliminar el hinchamiento y la absorción de suelos. Se trata por tanto de un agente
impermeabilizante de suelos, que aporta ventajas adicionales:
El suelo se convierte en hidrófobo de forma permanente.
El suelo mantiene la transpiración (expulsa el agua en forma de vapor).
Elimina el índice de plasticidad de los suelos.
Mejora la adherencia con polímeros y betún
2.1. Modo de acción
2.1.2. Impermeabilización
NanoSoil A es un aditivo modificador de suelos compuesto al 100% por organosilanos,
soluble en agua y estable al calor y la radiación ultravioleta. Actúa como agente
impermeabilizante de suelos y subsuelos.
Presenta grupos silanol, que reaccionan con los silicatos que se encuentran en el suelo,
transformando su superficie y confiriéndoles propiedades hidrófobas permanentes.
Así, el suelo repelerá las moléculas de agua, impermeabilizándolo y evitando los
problemas derivados de la presencia de la misma.
Reacción de las moléculas del suelo con NanoSoil A
Si
OH
O OO
SiO
SiO
SiO
SiO
SiO
SiO
SiO
O
O
OH
O
OH
O
OH
O
OH
O
OH
O
OH
OSi Si Si Si
Si Si
OOO O
O OOO
O OO
OO
OO
O
Superficie
SUELO NO TRATADO
SUPERFICIE HIDROFÍLA (grupos OH)
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En definitiva, lo que NanoSoil origina es que los suelos se comporten como en
condiciones de ausencia de agua. Esto implica que la capacidad portante no se ve disminuida
por la presencia de ésta, y que los procesos de formación de fisuras/grietas no tienen lugar.
Superficie hidrófoba creada por el silano (superficie de tipo siloxano: SI‐O‐Si)
Aspecto de gotas de agua depositadas sobre suelos tratados con NanoSoil A. Como se puede observar, la repelencia de la gota es total.
Si
O
O OO
SiO
SiO
SiO
SiO
SiO
SiO
SiO
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
OSi Si Si Si
Si Si
OOO O
O OOO
O OO
OO
OO
O
Superficie
Si Si Si SiSiSi SiO
OO
OOO
OO
O
O
O
OOO
alquil-siloxano(4-6 nm)
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2.1.2. Adhesión
El segundo efecto que produce NanoSoil A consiste en una mejora de la adhesión con
cualquier tipo de sustancias apolares (polímeros, betún…).
Al proporcionar una superficie hidrófoba en los áridos, convierte éstos en sustancias
apolares, y por tanto compatibles con compuestos de la misma naturaleza. En definitiva, la
unión con conglomerantes se ve favorecida al formarse un mayor número de enlaces de
gran fortaleza.
El efecto podría compararse a la diferencia entre la unión de la piel en una naranja o
una manzana. Así, en ausencia de NanoSoil A, las partículas de suelo se comportarían como
la piel de una naranja, de manera que la cobertura (de betún, polímero…) se desprende
fácilmente. Sin embargo, una vez tratado con NanoSoil A, el árido presenta una adhesión
mucho mayor con la cobertura, libre de huecos, al formarse más enlaces de fortaleza
mayor. Esta situación sería la que se produce en una manzana.
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En el caso de suelos sin tratamiento, las interacciones partícula de suelo‐ligante son
mucho más débiles, de manera que sólo existe el fenómeno de adhesión, existiendo un gran
número de huecos. En cambio, cuando se trata el suelo con NanoSoil A, las interacciones son
mucho mayores, hay un efecto de “recubrimiento total” de la partícula, y no hay huecos.
Este efecto puede verse claramente en las imágenes que se muestran a continuación, en
las que se ve el aumento de adhesión árido‐betún al aplicar NanoSoil A:
Imagen de AFM de un árido recubierto con betún antes y después del tratamiento con NanoSoil A (izda). Test de hervido en presencia y ausencia de silano (derecha).
SiO
R
SiOR
Interaccióndesfavorablepolar-apolar
Interacciónfavorable
apolar-apolar
Sust.Apolar
Sust.Apolar
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3. RESULTADOS DE LABORATORIO
3.1. Impermeabilización
NanoSoil A es capaz de impermeabilizar de manera eficaz prácticamente todo tipo de
suelos. Esto implica que la absorción, permeabilidad e hinchamiento de los áridos se verán
enormemente disminuidos por su aplicación. Los ensayos realizados en este sentido se
recogen a continuación2:
Control Nanosoil A
Permeabilidad relativa 1000 1
Absorción (%) 3.5% 0.5%
Hinchamiento(%) 1.83% 0.12%
2 La muestra analizada (arena arcillosa, CBR= 10, IP= 16.1) se trató con 2kg/m3 de NanoSoil A, seguido de aplicación de un riego de sellado de 1L/m2 con una disolución del producto en agua (dilución de 1:300).
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Tal y como se puede ver, la adición de NanoSoil A provoca disminuciones considerables
en la absorción, permeabilidad e hinchamiento de los suelos, demostrándose su capacidad
para repeler el agua.
Sin embargo, estos resultados no sirven de mucho si no van acompañados de un
“comportamiento en seco” del suelo. Es decir, que el suelo ha de conservar una buena
capacidad portante y resistencia, para evitar problemas futuros de inestabilidad.
3.2. Evaluación de la capacidad portante. Valores de CBR
Para determinar la eficacia de NanoSoil A en este sentido, se han realizado ensayos de
carga‐deformación, que demuestran que el producto no sólo es capaz de mantener valores
de CBR buenos, sino que produce aumentos de hasta un 50% con respecto al suelo sin
tratar. Los resultados obtenidos se presentan a continuación3:
Penetración (mm) 0.25 0.50 0.75 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 4.00 5.00 7.50 10.00
Fuerza (Kg) 29.7 44.9 59.6 71.4 95.6 116.7 137.7 154.9 187.5 213.3 269.41 313.09
55.5 115.7 185.9 264.6 411.9 542.9 662.5 765.8 946.6 1091.0 1351.8 1523.4
74.3 152.4 232.9 326.8 475.1 614.3 727.9 833.4 1014.8 1165.6 1456.9 1670.3
Sobrecarga 15 kg – 8.2 kPa
Hum. Óptima: 11.0 Dens. PM (g/cm3): 1.88
Grado de Compactación: 98%
EN AGUA 2 4 6
CBR 10.5 53.5 57.1
Densidad (g/cm3) 1.91 1.97 1.5
Humedad (%) 10.9 10.9 11.4
Absorción (%) 3.5 0.5 0.8
Hinchamiento (%) 1.83 0.12 0.08
3 La muestra analizada (arena arcillosa, CBR= 10, IP= 16.1) se trató con 2kg/m3 de NanoSoil A, seguido de aplicación de un riego de sellado de 1L/m2 con una disolución del producto en agua (dilución de 1:300).
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A continuación se presentan los resultados obtenidos para distintos tipos de suelos, que
demuestran que la eficacia de NanoSoil A es general e independiente de las características
iniciales del suelo.
Como puede verse en las gráficas anteriores, NanoSoil A es capaz de proporcionar
características hidrófobas a cualquier tipo de suelo, sin que esto provoque una disminución
en la capacidad portante del mismo.
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3. NANOSOIL A+B
En los últimos años, ha existido y existe una clara tendencia hacia el uso de polímeros de
diversa naturaleza como estabilizantes de suelos de todo tipo. Se trata de compuestos que
actúan de manera similar a los conglomerantes tradicionales (cemento, cal), pero que no
presentan las limitaciones de éstos en cuanto a la plasticidad del suelo. Sin embargo, estos
polímeros tienen una serie de inconvenientes, que hacen que no constituyan la solución
perfecta de estabilización (sensibilidad al agua y la radiación UV, baja durabilidad, elevado
coste…). En cambio, mediante el uso de NanoSoil A con polímeros, se mejora enormemente
el rendimiento de la solución.
3.1. Adhesividad polímero‐árido. Modo de acción teórico.
A parte de su inestabilidad, otro de los problemas que presentan los polímeros es que
las interacciones a través de las que promueven la cohesión de partículas de suelo son muy
débiles. En general, se trata de interacciones de tipo van der Waals, que se producen entre
moléculas apolares. Debido a que la superficie de los áridos suele tener carácter polar, estas
interacciones no son favorables, y de ahí que el desprendimiento se produzca con facilidad.
De acuerdo a lo expuesto en el apartado anterior, NanoSoil A transforma las superficies
de los áridos, convirtiéndolas en sustancias hidrófobas, y por tanto con gran afinidad por
sustancias apolares (polímeros, betún…):
Modificación de las partículas de suelo por acción de NanoSoil A
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Debido a la propia estructura de NanoSoil A (que presenta una cadena carbonada de
elevada longitud), las partículas de suelo se encuentran ahora recubiertas con “brazos
carbonados”, capaces de establecer un gran número de interacciones de Van der Waals con
las correspondientes cadenas del polímero. Esto originará un aumento en la eficacia del
polímero como ligante, y por lo tanto una mejora de las propiedades del suelo:
Interacciones entre el polímero y las cadenas carbonadas del silano
Efectividad del polímero en la cohesión de partículas de suelo en ausencia (arriba) y presencia (abajo) de silano.
POLÍMERO
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3.2. Resultados de laboratorio
Con el fin de probar la efectividad de NanoSoil A como potenciador del rendimiento de
polímeros, se presentan ensayos de carga‐deformación en muestras tratadas con NanoSoil
A, polímero y una combinación de ambos.4
3.2.1. Co‐polímero acrílico
4 El ensayo se llevó a cabo el ensayo con arena arcillosa (CBR=10, IP= 16.1) tratada con NanoSoil A (1:300) y un 0.5% en peso de polímero mediante estabilización mezclada a la humedad óptima de compactación.
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3.2.1. Co‐polímero acrílico‐vinílico
3.2.3. Nano‐polímero PET5
En este caso, los ensayos realizados en presencia de polímero y NanoSoil A no originaron los
resultados deseados, debido a su naturaleza hidrófila del polímero, incompatible con NanoSoil A. Por
ello, se realizó una segunda batería de ensayos, combinando el polímero con una pequeña cantidad
de resinas de melanina, que en principio deberían proporcionar mayor hidrofobia al polímero y
compatibilizarlo con el silano. Los resultados obtenidos (presentados a continuación) corroboraron
esta hipótesis:
5 Dispersión polimérica: 94% nano‐polímero, 5% resinas de melamina, 1% fijador.
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Análisis de resultados:
Tal y como se puede ver en la gráficas anteriores, la adición de NanoSoil A provoca en
todos los casos una mejora del funcionamiento del polímero. Este efecto se observa
claramente en los valores de CBR obtenidos. Así, los datos indican incrementos de hasta
cinco veces con respecto a las muestras control y tratadas con cada componente por
separado.
Además, la capacidad impermeabilizante de NanoSoil A también aumenta,
disminuyendo más si cabe la absorción e hinchamiento con respecto al uso del silano de
forma aislada.
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3.2.4. Comparativa de resultados
A continuación se presentan gráficas comparativas de los resultados obtenidos con los
distintos tipos de polímeros ensayados.
A partir de las gráficas anteriores se deduce que, a pesar de que todos los polímeros
proporcionan características excelentes a los suelos tratados, el de mayor efectividad parece ser el
polímero acrílico.
De manera general, parece lógico pensar que polímeros de tipo acrílico o acrílico‐vinílico deben
de ser los más adecuados, ya que sus cadenas alquílicas proporcionarán una gran adherencia con las
partículas de suelo, y por tanto una mayor cohesión entre partículas. En cualquier caso, conviene
realizar un ensayo previo de cada suelo para determinar el polímero óptimo para cada aplicación.