Mejoramiento de Suelos Con Resina de Pino

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

GEOTECNIA TEMA: ANÁLISIS QUÍMICO DE RESINA RESINA DE PINO . DOCENTE:

Ingeniero Román Villegas Eigner

Hecho por: CANALES VALERIANO PERSEO BALLADARES ESTRADA ANTHONI FLORES MOLINA MAURICIO ELIO GONZALEZ GARATE RICARDO EDGAR. PALIZA GAMARRA VÍCTOR VALER AROTAIPE ANGELA SUSANA. VITORINO BRAVO PATRICIA ALEJANDRA.

Semestre 2017-II

Escuela Profesional de Ingeniería Civil

Ingeniería Geologica

INTRODUCCION: La estabilización de suelos con resina de pino desde hace años es un debate constante. Dentro del ámbito de la estabilización de suelos existe actualmente avances tecnológicos que colaboran con dicho fin, pero también se cuenta con métodos que se fueron descubriendo y mejorando con el pasar de los años, para lo cual se propuso hacer ensayos en un suelo inestable utilizando un porcentaje de resina de pino buscando concluir si es viable o no la propuesta de estabilizar un suelo, ya que se tiene que tomar en cuenta que es de origen natural y en la localidad del Cusco se tiene fácil acceso a este recurso. En este informe tendremos información recopilada sobre características físicas y quimicas de la resina de pino, buscando así su probable utilidad de este recurso en la estabilización de suelos tomando en cuenta su extracción, alteración en su producción y su manipulación.

Mejoramiento De Suelos Con Resina De Pino Universidad Andina del Cusco



Estabilización De Suelos: Cuando un suelo presenta resistencia suficiente para no sufrir deformaciones ni desgastes inadmisibles por la acción del uso o de los agentes atmosféricos, y conserva además esta condición bajo los efectos climatológicos normales en la localidad, se dice que el suelo es estable Para solucionar problemas estructurales y funcionales existen tratamientos que permiten aumentar la estabilidad de los suelos. A esto se le llama estabilización. La estabilización de suelos tiene como finalidad mejorar sus propiedades geotécnicas:

Estabilidad

volumétrica,

resistencia,

permeabilidad,

compresibilidad, durabilidad. Los métodos de estabilización más comunes son: mecánicos, físicos, químicos, hidráulicos, térmicos. El objetivo del estudio de estabilización de materiales es el de mejorar las características físico mecánicas de los suelos natura les existentes a lo largo del trazo de la vía que no cumplen como suelos de subrasante por su baja resistencia portante o su alta expansión, sobre la que se construirá el cuerpo de terraplén y el paquete estructural del pavimento. También como objetivo es darle al suelo natural la suficiente resistencia al desgaste y al esfuerzo cortante para resistir las cargas del tránsito bajo cualquier condición climática, sin que se produzcan deformaciones perjudiciales. Entonces no solo se trata de llegar a un estado de suelo con suficiente resistencia a la acción destructora y deformante de las cargas, sino también, asegurar la permanencia de este estado a través del tiempo.

Imagen N°01: Fuente: https://civilgeeks.com/guia-la-estabilizacion-suelos/ Mejoramiento De Suelos Con Resina De Pino Universidad Andina del Cusco



Método De Estabilización De Suelos: Se entiende como proceso de la estabilización de suelos, al conjunto de fenómenos mecánicos físicos, químicos y físico-químicos, tendientes a modificar las propiedades de los suelos que interesan, par a una determinada aplicación en ingeniería, haciendo que el material suelo sea adecuado para el uso y diseño previsto, reemplazando a otros materiales no disponibles o más costosos.

Las Propiedades A Las Que Se Alude Son: Comportamiento bajo cargas Cambios volumétricos Impermeabilidad Compresibilidad

Campo De Aplicación: La aplicación de la estabilización de suelos es muy amplia y depende entre otras cosas, de la clasificación del camino y del tipo de estructura a diseñar: Sub rasante Sub bases Bases

Imagen N°02: Fuente: https://civilgeeks.com/guia-la-estabilizacion-suelos/




Tipos De Estabilizaciones: A continuación, se detalla cada uno de los tipos de estabilización que existe:

Estabilización mecánica: Compactación: Estabilización física: Lo que se busca es una adecuada granulometría mediante el aporte de materiales cohesivos o granulares o ambos a la vez, al primitivo suelo. Utilizando geotextiles (son telas permeables no biodegradables que pueden emplearse como filtros y para controlar la erosión de suelos y el transporte de lodos), Consolidación y mezclas de suelos.

Imagen N°05: Fuente: https:// http://jorgemartinezlarios.com/category/suelos/

Estabilización físico-química: Se busca cambiar las propiedades del suelo por la adición de un agente estabilizante.

Estabilización Química: Responde a la aplicación de productos químicos, los que generalmente son productos que poseen una “patente”, como:

Cal: Cemento Pórtland: Mejoramiento De Suelos Con Resina De Pino Universidad Andina del Cusco



Productos Asfálticos: Cloruro De Sodio Y Cloruro De Calcio: Escorias De Fundición: Polímeros: Hule De Neumáticos: Estabilización de suelos con resina. LA RESINA DE PINO PINO Pinus es un género de plantas vasculares (generalmente árboles y raramente arbustos), comúnmente llamadas pinos, pertenecientes al grupo de las coníferas y, dentro de este, a la familia de las pináceas, que presentan una ramificación frecuentemente verticilada y más o menos regular.

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Taxonomia: Reino:Vegetal Division:Phinophyta Clase:Conopsdia Orden:Coniferales Familia:Pinnaceae Genero:Pinus Especie:Punis halepnsis

DESCRIPCIÓN MORFOLÓGICA DEL PINO: Este árbol pertenece a los Coníferos, poseen tallos ramificados, tiene un crecimiento vigoroso y, en su mayor parte, hojas simples. Son árboles que pueden alcanzar hasta 30 m de altura, con un tronco recto sobre el que se disponen varios pisos de ramas en posición horizontal. La copa suele ser piramidal, si bien en los ejemplares más antiguos se pierden esta forma. Cuando se trata del cultivo de los pinos y se habla de las exigencias de estos árboles no se puede tomar en cuenta a todos los pinos, ya que existen especies que viven naturalmente en terrenos llanos, que no trepan alturas. 

OBTENCIÓN DE EXTRACTO O RESINA:

La obtención de la resina se realiza por diferentes métodos; una de ellas denominada SISTEMA DE CANALES CHAPA, la cual consiste en eliminar la gruesa corteza de los árboles de resina a una altura de 50 cm.




Seguidamente se utiliza un cepillo de carpintero para cortar capas del producto obtenido en la primera etapa. Son capas en forma de V de aprox. 1 cm. de ancho. Del sitio donde se ha hecho el corte, se colocan dos canales de chapa de hierro galvanizado. Encima de los canales se separa la corteza y una parte de la albura. La doble superficie así producida segrega la trementina (resina del árbol), la cual es conducida por los canales a recipientes ubicados debajo del mismo. El corte debe ser efectuado cada 4 - 5 días de nuevo. El paso siguiente es la destilación. Por medio de la destilación por vapor de agua se separa la resina en dos componentes: en aguarrás volátil con vapor de agua y la colofonia restante no volátil. INSICIONES EN ESPIRAL: Se realiza alrededor del tronco del árbol , en esta forma perjudica a la circulación de la sabia del árbol.

OTRA FORMA DE EXTRAER LA RESINA DE PINO: 1. Haz un corte a una altura de 90 cm (3’) desde el suelo y de un ancho de 25 cm (10”) para quitar la corteza. Corta la corteza con el machete, el hacha u otra

herramienta para cortar. Raspa la corteza de forma tal que quede expuesta una franja de albura de alrededor de 15 cm (6”) de largo. 2. Coloca el balde recolector bien ajustado al árbol, por debajo de la franja de albura que quedó expuesta, para que la savia caiga dentro del recipiente al salir. Si usas un balde que no puede amoldarse a la forma del pino, haz un embudo con una plancha fina de metal y colócalo de forma tal que conduzca la savia hacia el balde. 3.Haz un corte no muy profundo en forma de "V", cuidando que el vértice de la "V" quede sobre el medio del balde. Deja el balde junto al pino hasta que la savia salga y drene dentro del balde. La lluvia no afectará a la savia ya que es resistente al agua, pero asegúrate de guardar la savia en un recipiente limpio y con una tapa bien ajustada para evitar que se acumulen partículas y desechos. Haz más cortes en la albura si disminuye el flujo de savia. Esto puede pasar porque la savia se espesa o cristaliza y sella el corte para que no se filtre.




DESCRIPCIÓN MORFOLÓGICA DEL PINO: Este árbol pertenece a los Coníferos, poseen tallos ramificados, tiene un crecimiento vigoroso y, en su mayor parte, hojas simples. Son árboles que pueden alcanzar hasta 30 m de altura, con un tronco recto sobre el que se disponen varios pisos de ramas en posición horizontal. La copa suele ser piramidal, si bien en los ejemplares más antiguos se pierden esta forma. Cuando se trata del cultivo de los pinos y se habla de las exigencias de estos árboles no se puede tomar en cuenta a todos los pinos, ya que existen especies que viven naturalmente en terrenos llanos, que no trepan alturas. La colofonia llega al comercio exclusivamente en forma de grumos, copos o como polvo. 

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La resina de pino es de color variable , de amarillo palido a amarillo. La oleorresina es una mezcla compleja de terpenos, ácidos resínicos y componentes neutros. Está constituida alrededor del 60-75 % de ácidos resínicos, 10-15 % de trementina y agua y de 5-10 % de sustancias neutras La trementina el componente mas importante de la resina, consiste en una mezcla de terpenos con, destacándose α -pineno, careno, canfeno, felandreno y p-cimeno. La resina esta formada por su mayor parte en acidos resinicos(C20H30O2) junto con acidos insolubles. Se verifica que la resina no sea hidrosoluble.

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La trementina es un liquido mas o menos espeso de sabor amargo

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La trementina tiene como característica común ofrecer la cristalización.




Composición química de la resina de pino En general, la oleorresina es una mezcla compleja de terpenos, ácidos resínicos y componentes neutros. Está constituida alrededor del 60-75 % de ácidos resínicos, 10-15 % de trementina y agua y de 5-10 % de sustancias neutras. Fracción volátil C10H16, La fracción volátil, trementina, consiste en una mezcla de terpenos con, destacándose α -

pineno, careno, canfeno, felandreno y p-cimeno. En la figura 1 son mostradas algunas de sus estructuras y en la tabla No. 3 se muestra la composición química para diferentes especies. El α -pineno es el isσmero predominante siendo similares las cantidades porcentuales de otros terpenos y solamente para la especie Pinus caribaea el β-felandreno aparece en cantidades significantes. Composición de la trementina para diferentes especies de pinos. Pinus

α- pineno

56-65 tropicalis 96 tropicalis* 91 cubensis* 85 caribbaea* 69

β- pineno

15-20 1,4 3,7 2,1 4,2

limoneno 4-14 0,5 1,5 10,2 1,7

Β-felandreno canfeno

3-5 0,15 21,2

1-2 0,85 1,0 0,9 1,2

Estructuras de algún mono terpenos presentes en la trementina.




Principales componentes de la trementina.

Principales componentes de la colofonia. Ácidos resínicos Fórmula general C20H30O2 Los ácidos resínicos son compuestos diterpenóicos de. Se clasifican de acuerdo a su estructura en dos series, abietano y pimarano. Los ácidos resínicos de la serie abietano tienen un sistema de dobles enlaces y un grupo isopropílico como sustituyente en el tercer anillo, mientras que en el caso de los ácidos resínicos de la serie pimarano tienen un grupo vinílico y un grupo metilo en la misma posición . Los ácidos de la serie abietano representan alrededor del 80 %, sin embargo durante el procesamiento de la resina pueden ocurrir algunas reacciones tales como isomerización y oxidación. En general la oleorresina cubana y la colofonia son muy similares a otras con la diferencia de que el contenido de ácido dehidroabiético es mayor que el del neoabiético, lo que puede estar asociado a características de la especie. Principales componentes de la colofonia. Muestra Pimári Sandaro- Palústrico co copimári + co Levopimári co Pinus elliotti Oleorresina 5,1 1,8 37,0 Colofonia 5,5 1,8 25,0

Isopimári Abiétic Dehidro Neoab Re co o ai-ético f. biético

21,0 23,8

9,7 19,0

3,7 7,2

16,0 16,0

*




Pinus palustis Oleorresina Colofonia

5 ,4 4,8

1,1 1,6

52,0 35,0

10,0 16,0

9,4 18,0

8,3 8,6

13,0 15,0

*

4,0 5,0

3,0 2,0

15,0 46,0

24,0 -

17,0 18,0

28,0 22,0

7,0 2,0

** ***

5,0 5,0

4,0 2,0

30,0 54,0

-

18,0 15,0

30,0 14,0

7,0 4,0

** ***

4,2 6,2

2,2 2,3

49,0 27,0

8,0 18,0

10,0 19,0

8,6 9,0

16,0 17,0

Pinus caribaea Cu

ba

Oleorresina Colofonia

Pinus tropicalis Cu

ba

Oleorresina Colofonia

Pinus caribaea Oleorresina Colofonia

Colofonia comercial 6,2 2,3 20,1 14,3 30,6 6,9 16,5 * China 8,5 1,5 26,7 42,6 3,2 17,0 Española 8,7 1,5 27,0 36,0 1,9 24,0 Ácidos grasos Los ácidos grasos están presentes en algunos extractivos de pinos y en la fracción tall oill. Estos consisten primariamente en ácidos de 18 átomos de carbono (C18), siendo predominantes el oleico y el linoleico y en menor proporción el palmítico y el esteárico.

Americana

Ácido palmítico Ácido esteárico Componentes neutros La fracción de compuestos neutros está constituida por una mezcla compleja de alcoholes de alto peso molecular, anhídridos de ácidos, aldehídos ésteres, esteroles, terpenos, algunos hidrocarburos y resenos amorfos. Estos materiales neutros tienen un fuerte efecto sobre las propiedades de las colofonias, (Johanssen, 1982). De la fracción neutra los ésteres de resinas y ácidos grasos constituyen el 60 % (Johanssen, A. 1982) Los ácidos resínicos corresponden a los encontrados en la fracción ácida y los ácidos grasos en los compuestos neutros, predominando los de C18. (Kirk, 1968), sin embargo la porción de alcoholes provenientes de los ésteres es ligeramente diferente en cada colofonia. En pequeñas cantidades están presentes el isopimaral, pimarinal y eliotimol. (Lange, 1987). Se han publicado altos contenidos porcentuales, alrededor del 20 %, de compuestos neutros en colofonias Rusas (Kosikova 1987).




Propiedades químicas y usos de las resinas Trementina La reactividad de la trementina varía en dependencia del contenido de α -pineno, debido a

que es el isómero predominante y más reactivo de esta mezcla de mono y sesquiterpenos presentes en este aceite esencial. El α-pineno es un material de partida para la síntesis de otros terpenoides (al coholes, aldehídos y cetonas). A partir del α - pineno se ha sintetizado linalol (Semikolenov, 2001). La reacción de deshidrogenación del pineno para obtener pcimeno se ha investigado en condiciones de catálisis con Pd (Roberge, 2001). La isomerización selectiva del pineno utilizando ácidos de Lewis, en soporte de sílica y nanopartículas de dióxido de titanio, ha sido estudiada por Neri (2005), para obtener aldehído canfolénico. El β-pineno, componente también presente, es el material de síntesis para la producción de geraniol, nerol, linol, mirceno Ácidos resínicos y colofonia Fórmula molecular: C20H30O2 Peso molecular: 302,45 Descripción: Es el residuo que queda después de la destilación del aceite volátil de la oleorresina obtenida de varias especies del género Pinus, particularmente del Pinus palustris, Pinus caribaea, Pinus pinaster Solander ó Pinus maritima Poiret y Pinus silvestris L. (fam. Pináceas). Datos Físico-Químicos: Masas vítreas amarillentas-parduscas, con ligero olor. Prácticamente insoluble en agua, parcialmente soluble en éter de petróleo, y soluble en alcohol, acetona, éter, esencia de trementina, algunos aceites, y soluciones diluidas de hidróxidos alcalinos. Punto de fusión: aprox.100 ºC. Los ácidos resínicos tienen dos centros de reactividad, el sistema de dobles enlaces y el grupo carboxilo por lo que experimenta reacciones típicas de los dienos y de los ácidos carboxílicos. Cuando la reacción ocurre por el doble enlace pueden producirse reacciones de isomerización, oxidación, hidrogenación, dehidrogenación, desproporción, polimerización, ozonólisis, entre otras (Takeda, 1968). La reacción más estudiada es la que tiene lugar con el anhídrido maleico. En un inicio esta reacción se estudiaba con propósitos teóricos, posteriormente fue usada para la cuantificación de ácido levopimárico en oleorresina (Ruzicka, 1932). El resultado de los estudios demostró la formación de un aducto mediante la rección de Diells- Aldeas. El ácido levopimárico reacciona con anhídrido maleico a temperatura ambiente en medio ácido. Por encima de 150 o C se produce la reacción de isomerización del ácido abiético en levopimárico, con formación del aducto el cual tiene importantes aplicaciones industriales. Se han realizado muchos estudios cinéticos relacionados con esta reacción empleando métodos espectroscópicos, demostrando la no formación de un simple producto. En la mezcla compleja el principal componente es el aducto de ácido levopimárico (ácido maleopimárico). También se obtiene el aducto del ácido palústrico y del neoabiético, siendo esta reacción explotada en la industria del papel y para la obtención de derivados del ácido maleopimárico (Siedov, 1974; Shukla, 1985). Schuller (1967) ha publicado derivados del ácido levopimárico (ésteres, imidas y amidas), presentando muchos de ellos actividad biológica y encuentran su aplicación como plaguicidas y fungicidas (Clinton, 1964).




Transformaciones químicas sencillas en ácidos resínicos. Usos de los ácidos resínicos La resina y sus derivados se utilizan ampliamente en pinturas, barnices, mezclas impermeabilizantes, tintas para impresión, y para la generación de materiales poliméricos y películas con propiedades reológicas y químicas específicas (Soltes, 1989) No existe acuerdo en la denominación de la resina y sus derivados. En este artículo se utilizará la aceptada por la Academia de la Lengua Española .1 Cuando pueda dar origen a confusión se incluyen los sinónimos utilizados con más frecuencia. Trementina: es un jugo casi líquido, pegajoso, odorífero y de sabor picante, que fluye de los pinos, abetos, alerces y terebintos. Se emplea principalmente como disolvente en la industria de pinturas y barnices. También se conoce como miera y algunas veces como resina. 

Aguarrás: Aceite volátil de trementina, usado principalmente como disolvente de pinturas y barnices. También se la conoce como trementina o esencia de trementina . 




Colofonia: Resina sólida, producto de la destilación de la trementina, empleada en farmacia y para otros usos. A veces se utiliza el término resina para nombrar a este producto sólido. 

Resinas naturales     

Resina verdadera Gomorresinas Oleorresinas Bálsamos Lactorresinas

Resinas sintéticas

Poliéster Poliuretano Resina epoxi Acrílicos Viniléster Composites Composición porcentual de los componentes resinicos      

La resina es una mezcla compleja de terpenos, ácidos resínicos, ácidos grasos y otros componentes complejos: alcoholes, ésteres... La proporción de cada componente es función de la especie arbórea y el origen geográfico. Los valores típicos son: 60-75 % de ácidos resínicos. 10-15 % de terpenos. 5-10 % de sustancias varias y agua. Por destilación a presión ambiente, es posible separar dos fracciones: 60 - 75 % de Colofonia. 15 - 25 % de aguarrás y agua.




Conclusiones. Como tenemos en conocimiento la resina de pino encontrada de manera natural es un material con dos componentes importantes para su uso como son la trementina y la colofonia los cuales dan su capacidad de permeabilidad del suelo y su capacidad para la comprensión. Según los ensayos químicos la cantidad para poder diluir la resina de pino comercial seria entre los 5 y 10 porciento de cantidad con algunos elementos como alcohol, aguarrás pero en la parte práctica se puede observar que no es una manera correcta. La composición química GRUPO 2

1 % de resina

GRUPO 4

4 % de resina

Propio

Quimica

11.6 % no altera las propiedades físico quimicas 4 , 6 y 8 % disolvente de la resina de pino colofonia Con los porcentajes dados

Como resultado da que la resina de pino industrializada no es un material apto para el trabajo de estabilización de suelos los ensayos de proctor y cbr de los grupos anteriores dan como resultado dicho proceso. El material es demasiado costoso y difícil de conseguir en la ciudad del cusco por ende los ensayos se hacen dificultosos de realizar. CUADRILLA

CANTIDAD

Personal De Laboratorio

COSTO 7

CANTIDAD UNITARIA 50

7

Total

TOTAL 350 350

MATERIALES

CANTIDAD COMERCIAL

COSTO

CANTIDAD UNITARIA

TOTAL

Resina De Pino

50 g

0.68

84

57.12

Alchool

1000 ml

0.0045

1600

7.2

Agua

1001 ml

1

1

Total EQUIPOS Y HERRAMIENTAS DE LABORATORIO

1 65.32

CANTIDAD COMERCIAL

COSTO

CANTIDAD UNITARIA

TOTAL

Equipo C.B.R

1

100

1

100

Equipo Proctor

1

100

1

100

Total Costo Total

200 615.32

RECOMENDACIONES. Se recomienda tener resina obtenida de manera natural ya que sería de mayor facilidad su uso. El cusco al ser una ciudad donde las áreas verdes en los cerros son de gran mayoría se podría incentivar al cultivo de pinos para poder tener un uso mejor. Mejoramiento De Suelos Con Resina De Pino Universidad Andina del Cusco



BIBLIOGRAFIA. 

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Abreu, J. M. Resina, corcho y frutos forestales. Boletin de información agraria El Campo. Abril- junio.1985. Numero 98. España. Citado por González Pérez, M. 1996. Los programas estratégicos de carácter sectorial. Experiencias en el sector de la resina en Cuba. Universidad de La Habana. Tesis (en opción al grado científico de Doctora en Ciencias Económicas). Ministerio de Educación Superior. Puzanova, V. Yu; Radbil B. A.; Khim. Drev. Riga. 2,3 March, 1988 Puzanova, V., Radbil B., A., Rosin reactions. Khim. Drev., Riga 2, 3, March, 1988. Dunaev V. S.; Sb, Tr. Tsnilhi; Soversh. Proizv. Kanilfolno-Skypidarnykh. Prod. 2632, 1986. Dunaev, V., Tsnilkhi, Tr., Soversh. Proizv. Kanifolno Skypidarnykh. Prod. 26 – 32, 1986. Johanssen, A., Composition of rosin. Biomass, 2, 103, 1982. Kirk, O. Fatty Acids in rosin. Enc. Of Chem. Techn., Vol 17, 2 ed., 1968. Lange, W., Weissman G., Sterols occurrence in rosin. Holz Roh Werkstoof 45 (8) 345, 1987. Conner, A., H., Rowe J., V. Neutral Compound in rosin. J. Am. Oil Chem. Soc. 52, 334- 337, 1975. Roberge, D. R Semikolenov, I.I. Ilyna, I.L. Simakova. Linalool synthesis from apinene: kinetic peculiarities of catalytic steps Applied Catalysis A: General 211


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