Journal of Applied Sciences 5 (8): 1474-1478, 2005 ISSN 1812-5654 mi 2005 Red Asiática para la Información Científica
Efecto de cáscara de huevo en polvo en el potencial estabilizador de cal en un suelo expansivo arcilla 0.0. Amu, AB Fajobi y BO Oke Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Obafemi Awolowo, Ile-Ife, Nigeria
Abstracto: Esta investigación estaba meantto estudiar el efecto de Cáscara de huevo Polvo (ESP) en el estabilizar potencial de cal en un expansivo arcilla suelo. pruebas fueron llevado fuera a determinar el óptima cantidad de Lima y el porcentaje óptimo de cal-ESP combinación; la cantidad óptima de cal se reemplazó gradualmente con cantidad adecuada de polvo de cáscara de huevo. La cal se estabilizó y cal-ESP estabilizado mezclas se sometieron a pruebas de ingeniería. El porcentaje óptimo de combinación de cal-ESP se alcanzó a un ESP + 3% de cal 4%, lo que sirvió como control. Resultados de la densidad máxima en seco (MDD), la relación California Bearing (CBR), prueba de compresión no confinada y la prueba de resistencia a la cizalladura sin drenar triaxial todos indicaron que la estabilización con cal en el 7% es mejor que la combinación de 4% ESP + 3% de cal. Llav Llave e palabras: polvo, estabilización, cal, suelo de arcilla cáscara de huevo
INTRODUCCIÓN Cuando un 1s poorsoil encontrados, es evidente que unaprobable solución de buscarse en las opciones de las alternativas disponibles. Las opciones pueden incluir dejando a los pobressuelo para un nuevo terreno, la excavación a nivel de cimentación profunda,eliminación deEl poorsoil y posterior sustitución con uno más adecuado, el rediseño de la estructura para el mal estado o tratar el suelo pobre para mejorar sus propiedades, de otra manera conocido como estabilización. Estabilización del suelo a obtener el deseado propiedades sería la solución más probable en situaciones en sitios alternativos adecuados no están disponibles, en las disputas por la tierra es probable que ocurran
overrelocation y el costo de material de préstamo es alto. suelo expansivo, en su mayoría de arcilla a menudo requiere tratamiento por estabilización. Se caracterizan por el fenómeno de inflamación cuando está mojado; esto los hace muy problemática ya que los suelos de cimentación. Estabilización está dirigido a mejorar las propiedades de ingeniería ofsoil, que puede implicar el aumento de los suelosdensidad, aumento de la cohesión, resistencia a la fricción yreducción del índice de plasticidad. Algunos de los materiales quese han utilizado en la
estabilización de suelos incluyen cal, cemento,cenizas volantes, etc. Se han utilizado exclusivamente y en combinaciones con otros materiales estabilizantes para efectuar un cambio químico en el suelo. Investigaciones anteriores han revelado que el suelo se podría estabilizar de manera efectiva el uso decal, cemento, cal y cemento, cal y cenizas volantes combinadojuntos en proporción en masa o en peso”.
La cáscara de huevo en polvo (ESP) no ha de estar en uso como un m aterial de estabilización y que podría ser un buen reemplazo para cal industrial, ya que su composición química es similar ala de cal. cáscara de huevo de pollo es un material de desecho defuentes internas tales como aves de corral, criaderos, residencias
y sitios de comida rápida. Esto equivale a la contaminación del medio ambiente. los residuos de cáscara de huevo cae dentro de la categoría de los residuos de alimentos, que son materiales de la preparación de alimentos y bebidas, 1f sometido a un escrutinio adecuado, podrían ser adecuados para la estabilización de suelos *. El deplorable estado de la economía de Nigeria ha dado lugar a la inflación, lo que resulta en un aumento continuo de los precios de los materiales. El uso de cal para 1s de estabilización, por lo tanto convertirse caro que requiere un reemplazo económico. La literatura ha demostrado que la cáscara de huevo principalmente
contiene cal, calcio y proteínas. Tt ha de estar en uso comouna fuente de cal en la agricultura, lo que confirma que la cal está presente en cantidad considerable en cáscara de huevo. Ahora, los 1s pregunta: ¿hay que seguir para comprar la cal a un alto costo cuando podemos conseguir un reemplazo baratom cáscaras de huevo? hallazgos posteriores revelaron que el ESP se utilizó para la estabilización de un suelo sin cohesión en Japón. Este estudio está dirigido por lo tanto hacia la identificación de polvo de cáscara de huevo como agente estabilizante efectiva mediante la sustitución de un cierto porcentaje del Lima en el estabilizado suelo con ESP. Dado que la cantidad de cáscara de huevo que pueda ser necesaria para la estabilización de un área grande no se puede cumplir, se sugirió 1S que el ESP puede utilizar como un suplemento en la estabilización con cal. En un entorno bien organizado, eliminación de residuos plantea un gran problema, en cuanto a dónde y cómo
Correspondiente Autor:
El Dr. 0.O. Amu, Departamento de Ingeniería Civil, Awolowo Umversity, lle-Ife, Nigeria Tel: 0803 5188 646
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con
agua puede ser bombeada a roca fracturada o concreto, cuando se absorbe
disponer efectivamente el producto de desecho sin ningún efecto adverso sobre la sociedad. En concreto, se reporta la eliminación de los residuos de cáscara de huevo y la planta de incubación a ser una gran dificultad 1n el Reino Unido, la cantidad estimada de residuos de cáscara de huevo que hay que eliminar todos los años se sitúa entre 10,000-11,000
el agua,arcilla hinchable se expande
para llenar y sellar la roca. los 1s técnica particularmente útil cuando la presa se han construido contra el lecho de roca fracturada. El sellado de la grieta con arcillas expansivas asegura que el agua permanecerá en el depósito detrás de la presa'.
toneladas en el Reino Unido. Por lo tanto, una estimación de alrededor 5.000-6.000 toneladas También podría esperarse en Nigeria anualmente, por lo tanto, en ausencia de una eficaz de los residuospolítica de eliminación, la utilización
de la cáscara del huevo para el mejoramiento del suelo, ya sea para la explotación agrícola o engineermg será un hecho positivo.
Arcilla: Este es un suelo fino con tamaños de partículas de menos de 0,002 mm. Por lo general son escamosa en forma y esta cuenta para su usualmente superficie muy grande”. Arcilla exhibe plasticidad y es
cohesivo. El comportamiento de 1s de arcilla mejor estudiado por identificación y análisis de los diversos minerales de arcilla y la estructura supuesta. El análisis de los minerales de arcilla es para el estudio del comportamiento de contracción y la hinchazón de otro modo conocido como actividad, como arcilla encuentra sus aplicaciones sorprendentemente en el fabricación de materiales comestibles. Caolinita, un mineral de arcilla,es el ingrediente principal en Kaopectate, un remedio para el estómago upsetA. Esta aplicación demuestra que la arcilla popularmente cree que es un no útil; 1s materiales casi unitilizable
relevante para otras tareas. La montmorillonita es uno de los minerales de arcilla más interesantes; que 1s mejor conocido como arcilla expansiva o arcilla hinchable. Si se añade agua a lamontmorillonita, las moléculas de agua se adsorben en el espacios entre capas silicatos. resultados de adsorción en gran aumento de volumen, a veces hasta varios cientos por ciento. La presión generada puede ser de hasta 50.000 kg m”. Thisis
suficiente
para
levantar
un
edificio
de
buen
tamaño”!. Tf un edificio se erige en la arcilla
expansiva que posteriormente se moja, una parte del edificio se empujó hacia arriba. Con toda probabilidad, el edificio se romperá. Algunas personas piensan que los suelos expansivos han causado más daños que los terremotos y los deslizamientos de tierra combinados juntos. Por otro lado, arcilla expansiva puede ser objeto de un uso. La montmorillonita mezclado
1475
La cáscara de huevo en polvo: la cáscara de huevo se compone de varias capas mutuamente crecientes de CaCO ,, la capa de capa-maxilar más interna (= 100 um) crece en la membrana del huevo más exterior y crea la base sobre la que empalizada capa constituye la parte más gruesa (= 200 U) de la cáscara de huevo. La capa superior es
estabilización J. Applied Sci, 5 (8):. 1474-1478, y pruebas puede ser necesario para una capa vertical (= 5,8 u) cubierta por la cutícula orgánica. determinar cuál de las varias técnicas pueden ser La Tabla 1 muestra la composición mineral de la cáscara de factible y económica. huevo. Tocan declaró que la cáscara de huevo contiene principalmente calcio, carbonato de magnesio (cal) y proteína. Sin embargo, él evaluó la cantidad de la cal en los residuos de cáscara de huevo a ser tan casi la misma que la tiza molida o de toneladas de piedra caliza por tomo. residuos cáscara de huevo tiene un valor teórico, ya sea como un alimento para animales o como fertilizante o cal sustituto. En muchos otros países, 1t 1s la práctica aceptada para la cáscara de huevo a secar y utilizar como una fuente de animales 1N calcio alimenta. La calidad de la cal 1n residuos de cáscara de huevo está fuertemente influenciado por el grado de la exposición a la luz solar, el agua cruda y las duras condiciones meteorológicas condiciones. Froning y Bergquist * especificaron que residuos de cáscara de huevo debe ser molidos más de 2 días después de la recuperación de la fuente para evitar el agotamiento de la cal contenido.
La naturaleza física de los residuos shell y los malos olores huevo podrido producidos cuando se degrada materiales, reducen el valor de cal y hace que la residuos difíciles de reciclar a la tierra "!. Idealmente, los residuos se debe secar en la fuente, transportados a un sitio donde sería finamente molido inmediatamente y se utiliza como fuente de cal a la agricultura y para otras aplicaciones. con el fin de maximizar las oportunidades de reciclaje de cáscaras de huevo, Froning y Bergquist * recomienda que los residuos de cáscara de huevo debe ser incinerado independientemente de otros residuos de modo que el calcio / magnesio contenido de la cáscara se convertirá en calcio / óxido de magnesio (cal viva) y la cal viva resultante quemado podría ser utilizado como un agente de encalado.
Estabilización: Estabilización es la alteración de terrenos de cimentación para ajustarse a las características deseadas o la mejora de un suelo menos estable tanto en resistencia y durabilidad”. Muchos
suelos están sujetos a la expansión diferencial y la contracción cuando se someten a cambios 1n contenido de humedad. Muchos suelo también se mueven y rutina cuando se somete a movimiento de cargas de las ruedas. It 1s por lo tanto, suele ser necesario estabilizarlos para reducir los cambios de volumen y fortalecer al punto en el que puedan llevar a la carga impuesta, incluso cuan do están saturadas”. Farlier, el mejoramiento del suelo ha de ser sólo en un sentido cualitativo, pero más recientemente, también se ha asociado con los valores cuantitativos de resistencia y durabilidad, que están relacionados con el rendimiento. Estos valores cuantitativos incluyen resistencia a la compresión, resistencia al cizallamiento, la calidad de soporte de carga, de ablandamiento de adsorción y reducción de la resistencia etc. La investigación de la condición del suelo en el sitio indicará si es necesaria o no la
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En el sentido más amplio, la estabilización se refiere a cualquier tratamiento de suelo, lo que hace que sea más estable. El tipo y grado de estabilización es una función de la disponibilidad, el coste y el uso con la intención de la mezcla so1l estabilizado. Esto hace que para la utilización eficaz de los materiales locales, con miras a reducir el costo! '! 1. En combinación con la compactación, estabilización de suelos con cal implica un proceso químico, cuando el 1s del suelo mejoró con la adición de cal. En este contexto, los suelos más problemáticas son las arcillas y arcillas limosas. A menos estabilizado, por lo general estos suelos se vuelven muy suave cuando se introduce agua. Lime en su forma hidratada Ca (OH), causará rápidamente de intercambio catiónico y floculación / aglomeración, con tal que se mezcla íntimamente
con el suelo”. Croft et al concluyeron que el efecto primario de las adiciones de cal pequeños (28%) 1s para reducir significativamente el límite líquido, índice de plasticidad, densidad seca óptima, oleaje y para aumentar el contenido de humedad óptimo y la fuerza de arcillas expansivas. Peurifoy y Ledbetter”declararon que la cal se puede añadir
y los suelos, y se compactan, secando inicialmente el suelo y los floculantes ella. Varios días a semanas después, el suelo puede ser remezclado y se compacta para formar una capa densa estabilizada que continuará a ganar fuerza durante muchos años. Esta investigación se llevó a cabo para estudiar el efecto de polvo de cáscara de huevo en el potencial de estabilización de la cal en un suelo de arcilla expansiva.
MATERIALES Y MÉTODOS Este estudio se realizó entre abril de 2001 y abril de 2002 en el Laboratorio de Ingeniería de Transporte del Departamento de Ingeniería Civil, AwolowoUnmversity, Ile-Ife, Osun State, Nigeria.
Las muestras se obtuvieron de una sección 1n la zona central de Gbogan Township sobre 5 km de la carretera Gbogan-Iwo a una profundidad de alrededor de 1,8 m. El área de la colección también se encuentra a 25 km de la ciudad de Ile-Ife, Nigeria. Las muestras de suelo obtenidas fueron 1477
principalmente oscuro, marrón chocolate y muy arcilloso. La cal utilizada para este trabajo 1s una blanquecino destinado para tratamiento de agua y se recogió de la planta de tratamiento de agua a Opa Presa en el campus de la Universidad. La fórmula química es Ca (OH), y 1s llamado cal hidratada. cáscaras de huevo de pollo se obtuvieron de dos hamburguesa (Pan y huevo) vendidos en Awolowo sala de parada de autobús en el campus de la OUA. La media cantidad de cáscaras de huevo por cantidades día a cuatro crea de tal manera que al final de un mes, había aproximadamente 100 kg de polvo de cáscara de huevo, que es equivalente al peso de dos bolsas de cemento. Los residuos de cáscara de huevo se secó antes de la molienda. El material finamente molido era tamiz utilizando una 75 um BSsieve y la porción que pasa el tamiz era
Applied usado. El tamiz fue elegido con el fin de lograrJ.una forma Sci, de 5 (8):. 1474-1478, polvo uniforme ya que la reacción química tiene lugar más rápidamente y más eficazmente con áreas superficiales más grandes. Las pruebas se llevaron outfirst en la so1l natural sin ningún aditivo para determinar la PI, de manera que el efecto de los aditivos fácilmente se podría medir a partir de sus valores de PI cuando se mezcla con el suelo natural. Dado que los 1s de investigación dirigidos hacia la medición del efecto de ESP en la arcilla estabilizada con cal, el porcentaje óptimo de cal se determinó antes de la adición de ESP. La cantidad de cal añadida se calcula 200 g welght de suelo natural especificado para la prueba en BS1377 de manera que el peso total (cal + suelo) todavía es igual a 200 g. El porcentaje óptimo de combinación de cal-ESP se obtuvo de la PI de las muestras con proporciones variables. los muestra se prepara pesando las cantidades de aditivos requeridos para cada lote y primera mezclando a fondo antes de añadir agua. El efecto de polvo de cáscara de huevo en el suelo fue evaluada por comparmg el valor Plasticidad Index (PI) de suelo estabilizado antes, con un porcentaje óptimo de cal y el valor cuando un cierto porcentaje de la cal óptimo fue reemplazado por cáscara de huevo. El mejor resultado fue el uno con el PI más bajo. Las pruebas se llevaron a cabo en las muestras, primero para determinar la cantidad óptima de cal y, posteriormente, el óptimo de combinación ESP-cal mediante la variación de la proporción en peso. El porcentaje óptimo de cal se redujo gradualmente y se complementa con porcentajes adecuados de ESP en las siguientes relaciones: 6% de cal + 1% ESP, 5% de cal + 2% ESP, 4% de cal + 3% ESP, 3% de cal + 4% ESP, 2% de cal + 5% ESP y 1% de cal + 6% ESP. Para cada variación, Atterbrg”s
pruebas de límite (líquido y límite plástico) se llevaron a cabo para determinar la combinación óptima de cal-ESP. Los efectos de ESP en suelo estabilizada con cal se evaluaron adicionalmente sometiendo el suelo natural, el suelo natural más cal y el suelo natural más óptima mezcla de cal-ESP a la clasificación general y los ensayos de resistencia de laboratorio que incluye:
Prueba de compactación (Proctor estándar) e California Bearing Ratio de prueba (empapado y sin remojo) Prueba de compresión no confinada (curados y sin curar) Prueba Triaxial sin escurrir *
* *
RESULTADOS Y DISCUSIÓN El contenido de humedad natural del suelo era 6,28%. Este valor es mínimo y no tiene mucho efecto en las pruebas de ingeniería y mamn. La gravedad específica del suelo se encontró que era 2,68, que 1S dentro de la gama de
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Proporción
Arena
35.0
Limo
36.0
Arcilla Pasando 200 tamiz
muestra con3% de cal y 0% ESP, pero no fue tan afectivo
29.0 70.4
en la mezcla óptima de cal.
1.86
densidad seca de 1.508,0 kg m”* y la humedad
límite de Atterberg”s para la estabilización
con cal: Tabla 2
óptima LL ()
PL (%)
PI
densidad seca máxima aumentó el contenido 22,75%, mientras que cal + 4% ESP bajó la aún LL - Límite Líquido, PL - Límite Plástico Plasticidad
más
a
1473,0
a 1484,0 kg m * y de humedad óptimo a la adición de 3% de densidad máxima seca
kg
m”*
y
aumenta
el
contenido de humedad óptimo a 23,8% (Tabla 4). Generalmente, cuanto mayor sea la MDD, el suelo betterthe para
PI - Índice de
las obras de construcción, pero para suelo expansivo, un mayor MDD Lima %
por peso
% En peso ESP
LL
()
PL (%)
Pi (%)
1
6
57.5
27.8
2
S
61.5
354
26.1
3
4
52.8
37.6
15.2
4
3
531
35.0
18.1
5
2
332
34.1
19.1
que la mezcla de muestra de 3% de cal + 4% ESP muestra poca tendencia a la hinchazón en comparación con las otras dos muestras.
29.7
1 52.8 371 LL - Límite Líquido, PL - Límite plástico, PI - Índice de Plasticidad
Además, cuanto menor sea laOMC, mejor será el suelo. Esta
15.7
es mejor que la estabilización con sólo el 7% de cal.
Tabla 4: Resultados de máximo densidad y contenido de humedad óptimo %Aditivo por peso OMC (%) MDD (kg m>) 0%Lima
1508.0
21.20
7%Lima
1484.0
22.75
1473.0
Máxima densidad seca - MDD, humedad - OMC
Relación de Soporte de California (CBR): El CBR de un suelo es un indefinible índice de su fuerza, cual para un dado suelo, es dependiente de las condiciones de los materiales en
23.80
Óptimo Contenido de
limos y suelo limoso según la norma ASTM. Los resultados de la distribución del tamaño de partícula indicaron que el suelo está bien graduada con proporciones de componentes de arena, limo y arcilla en 35,0, 36,0 y 29,0%, respectivamente (Tabla 1). Theplasticity índice del natural suelo estaba 38,0% con un límite líquido de límite andplastic 56,0% de 18,4%, lo que indica que los 1s de arcilla de alta plasticidad (Tabla 2). En general se cree que la alta plasticidad 1s un indicador de inflamación potencial, 1s arcilla susceptible a los cambios de gran volumen si el Pl es mayor que o igual a 30% F. El efecto de los aditivos en el suelo natural como se dijo anteriormente se midió mediante los cambios en los índices de plasticidad de las muestras. La adición de cal a 7% redujo el PI de 38,0% al valor más pequeño de 10,8%, lo que
1479
indica la mezcla óptima de cal. El PI de cal sin embargo aumenta aún más con la adición de 8% de cal, esto es debido a que el agua adicional requerida por el exceso de cal que hace que el suelo a hincharse (Tabla?). La adición de la combinación de ESP + cal resultó en un PI más alto de 29,7% que el valor de 10,8% obtenido para la mezcla óptima de cal. Los valores sin embargo reducirse con posterior reducción de ESP en la mezcla (Tabla 3). Una mezcla óptima se consiguió a 3% de cal + combinación 4% ESP. El PI en la mezcla óptima
oftesting el tiempo. Esto significa que el suelo tiene ser Sci, 5 (8):. 1474-1478, J. que Applied probado en una condición thatis crítica para su diseño. Átány contenido de humedad determinado, el CBR de asoil aumentará 1f se aumenta su densidad en seco, 1.e., si el contenido de aire del suelo se disminuye. Por lo tanto, una densidad en seco de diseño debe ser seleccionado que se corresponde con el estado mínimo de compactación esperado en el campo en el momento de la construcción. Se encontró que el valor de CBR no remojado para el suelo de arcilla para ser 4,8%, lo que 1S un pobre sub grado nominal. La adición de 7% de cal aumentó el valor CBR no remojado a 45,5%; mientras que 3% de cal + 4% ESP reduce CBR a 4,1% whichis tiene un grado de sub relativamente pobre (Tabla 5). Ensayo de compresión no confinada: Para las muestras no curadas, sin escurrir el cortar fuerza del suelo de arcilla era 59,64 kN m *; la adición de 7% de cal elevó este valor a
187.25 knm. La adición de 3% de cal + 4% ESP reduce esta fuerza a 93,5 kN m (Tabla 6). Para las muestras curadas, la resistencia al corte no drenada de se encontró el suelo para ser 14,27 kN m *, mientras que la
adición de 7% Lima aumentado resistencia al corte a 50.23 knm *. Tt podría ser visto que la adición de 7% de cal todavía dio el mejor resultado global (Tabla 6). La fuerza adicional mostrada por la mezcla de la cal es debido a la acción de unión que la cal tiene con partículas finas del suelo. Los 1s resistencia medida no se utilizan para el diseño
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Aditivo %
por peso
Mojado (CBR %)
0%
unsoaked (CBR%)
4.8
4.4
3% de cal + 4% ESP
15.5
4.1
11.8
45.5
California Bearing Ratio CBR -
Los autores agradecen la presente Eyitope, la esposa de el autor y los niños c orrespondientes, y Oreoluwa de los apoyos espirituales y morales durante el preparativos para esta estudiar y además el miembros del personal
por peso (kn metro*) %Aditivo
Curado (kn metro*)
sin curar
Universidad, lle-Ife, Nigeria.
0%
14.27
3% de cal + 4% ESP
35.40
93.50
50.23
187.25
Cohesión €(Kn; m>)
0% 3% de cal + 4% ESP
1N del Departamento de Ingeniería Civil, Awolowo
59.64
la fricción
49,0 73.0
20.0 19.8
125,0
19.0
propósitos; más bien, los datos de resistencia a la compresión no confinada son principalmente importante para fines de control”.
Sin escurrir prueba de resistencia al corte triaxial: Podría ser visto que la adición de 7% de cal elevó el valor de la cohesión C,
49,0 a 125,0 kNm”mientras que el ángulo de fricción interna se redujo desde 20,0 hasta 19,0. La adición de 3% de cal + 4% ESP sin embargo reduce la cohesión 125,0 a 73,0 kN m (Tabla 7). Estos valores de cohesión y ángulo de fricción interna se leen de las parcelas de cireles de Mohr para el aditivo. A partir de los resultados obtenidos y de interrogatorio convincente del comportamiento de ESPcal muestra con ese de7% de cal, que 1S el control de esta investigación, 1t podía se llegó a la conclusión de que la cal ha expuesto su potencia superiores sobre (ESP) como un agente de estabilización en todas las ramificaciones de propiedades de ingeniería, excepto para la MDD y OMC donde ESP resultó mejor. Tt pudo observar que el ESP no puede sustituir con éxito la cal como material para la estabilización efectiva a menos que se llevan a cabo algunas investigaciones adicionales. Sin embargo ESP podría ser utilizado para la estabilización del suelo, donde el rendimiento muy alto sub-base no es necesario. En consecuencia, la baja efecto del 4% ESP + 3% de cal podría atribuirse a 1481
Propiedades de los suelos. 2ª Ed., McGraw Hill Book
la presencia de la membrana de la cáscara de huevo que contiene colágeno - un compuesto orgánico que reduce el efecto de unión de calcio y potasio que podría haber aumentado la cohesión y el ángulo de rozamiento interno del suelo considerablemente .
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