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Modificación de suelo expansivo mediante el uso de queratina

Modification of expansive soil by keratin use



Elda MONTES-ZARAZÚA1, Arturo COLÍN-CRUZ1, María de la Luz PÉREZ-REA2, Ana Laura MARTÍNEZ-HERNÁNDEZ3 y Carlos VELASCO-SANTOS3

1 Posgrado en Ciencias Ambientales, Facultad de Química, Universidad Autónoma del Estado de México, Paseo Colón Esq. Paseo Tollocan, 50120, Toluca, México; E-Mails: elda_montes@hotmail.com (E.M-Z.); acolinc@uaemex.mx (A.C-C.)

2 Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro, Centro Universitario, Cerro de las Campanas, 76160, Querétaro, Qro., Mexico; E-Mail: perea@uaq.mx (M.L.P-R.)

3 División de Estudios de Posgrado e Investigación, Instituto Tecnológico de Querétaro, Av. Tecnológico s/n Esq. Gral. Mariano Escobedo, Col. Centro Histórico, 76000, Querétaro, México; E-Mails: almh72@gmail.com (A.L.M-H.); cylaura@gmail.com (C.V-S.)

RESUMEN: En este trabajo se presentan los resultados del estudio de laboratorio realizados en suelo expansivo reforzado con segmentos de queratina obtenida de un producto de desecho. Se realizan pruebas de consolidación unidimensional sobre un consolidómetro fijo para determinar la presión de expansión y probar si ésta es reducida conforme se incrementa el contenido de fibra. Los porcentajes usados de segmentos de queratina son 0.25%, 0.50%, 1.00% y 3.00%, en peso seco del suelo; para ello se cuenta con dos lotes segmentos; barba (QA) y raquis (QB), obtenidas a partir de plumas de pollo. Por último, se realizan pruebas de superficie específica (Se) para determinar el mecanismo por el cual los segmentos de queratina disminuyen el potencial expansivo del suelo. Este artículo muestra los resultados donde los segmentos de pluma distribuidas aleatoriamente en el suelo expansivo son útiles en la disminución de la presión de expansión de éstos.

ABSTRACT: In this paper results in a study of laboratory realized in expansive soil reinforced with segments of keratin obtained from a waste product are presented. The tests of one dimensional consolidation are realized in a fixed consolidometer to determine the pressure of expansion and verify if this is reduced as increases the fiber content. The percentages of keratin segments used are 0.25%, 0.50%, 1.00% and 3.00% by dry weight of soil; for this are worked with two lots of segments; barbs (QA) and quill (QB), obtained from chicken feathers. Finally, tests of specific surface area (Se) are performed to determine the mechanism by which the segments of keratin decrease the expansive potential of soil. This paper shows the results where segments of feathers distributed randomly in the expansive soil are useful in lowering the expansion pressure of these.

  1. INTRODUCCIÓN


Desde hace tiempo en el campo de la ingeniería geotécnica, se conoce que la variación volumétrica de los suelos expansivos es causada por el cambio de humedad que se presenta en las diferentes estaciones del año. Estos suelos han provocado en todo el mundo considerables pérdidas humanas y de infraestructura.

Fenómenos como deslizamientos o agrietamientos de este tipo de suelos se han incrementado debido a que el cambio climatológico en todo el globo produce sequías o lluvias más intensas y de mayor duración en algunas zonas.

Los suelos expansivos se distribuyen en todo el mundo, y son una fuente de graves daños a la infraestructura y la construcción (Seco et al., 2011). La República Mexicana cuenta con aproximadamente el 12% de su superficie cubierta por suelos expansivos (Gómez, 2010).

Jones y Holtz (1973) estimaron que el monto de los daños atribuidos a movimientos de suelos expansivos era del orden de 2,255 millones de dólares (principalmente en carreteras, edificios comerciales y casas unifamiliares), lo cual excede el promedio anual de los daños causados por inundaciones, huracanes, sismos y tornados.

La estabilización de suelos expansivos con el uso de aditivos tales como cal, cenizas puzolánicas (Fly ash) o cemento está bien documentada (Seco et al., 2011; Nowamooz y Masrouri, 2010). En años recientes, se han añadido fibras las cuales se han mezclado en el suelo para mejorar sus propiedades sobre todo en lo referente a su resistencia mecánica (Viswanadham et al., 2009; Petric-Gray et al., 2009).

Una de las fibras naturales usada es la lana de oveja. Petric-Gray et al. (2009) la usaron para incrementar la resistencia mecánica del suelo al fabricar ladrillos para la construcción, obtuvieron resultados alentadores; sin embargo, la lana es usada como materia prima en la industria textil. Se conoce que la lana contiene queratina y que ésta podría haber influido en la mejora de la resistencia.

La queratina, es una proteína fibrosa con funciones mecánicas esenciales para los vertebrados, dentro de algunas de sus propiedades se encuentra su resistencia, insolubilidad, no es reactiva químicamente y es adecuada para estar expuesta a condiciones ambientales severas; las plumas son flexibles y después de repetidas deformaciones se recuperan con pequeñas pérdidas de sus propiedades (Martínez-Hernández, 2007).

En la presente investigación se propone aprovechar la pluma de ave como fuente de queratina para estabilizar los suelos y evitar posibles accidentes debido a las fallas que se presentan en el suelo por su inestabilidad volumétrica a causa de cambios en su contenido de agua. Se pretende reducir la capacidad de expansión del suelo mediante un tratamiento con la pluma, para ello se realizaron pruebas de compresibilidad al suelo modificado.


  1. Materiales y métodos

    1. Materiales


Para la obtención de la pluma de pollo, las cuales son ricas en queratina; se realizó una recolección con distribuidores de carne del ave, ya que ellos la consideran un desecho. Se le realiza un tratamiento para poder trabajar con las mismas. El tratamiento consistió básicamente en: lavado, secado, triturado y separación, en la cual se obtuvieron dos lotes; Barba (QA), y Raquis (QB), de acuerdo a lo mostrado en la Figura 1. Se continúa con la obtención de muestras de suelo expansivo, para ello fue seleccionado el fraccionamiento de Santa Fe en el municipio de Corregidora, Qro., localizado a 20°35’12.21”N – 100°26’50.65”W, pues cuenta con suelo de este tipo.

Se procedió con la extracción de las muestras alteradas a 60 cm de profundidad, de acuerdo a la Norma Mexicana NMX-C-430-ONNCCE-2002 (2002), a la CFE (1979) y a la SAHOP (1974).

Basándose en el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (SUCS), el suelo se clasifica como CH (arcilla con alta compresibilidad). Las propiedades geotécnicas del suelo natural (SN) se muestran en la Tabla 1.

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