La presente invención consiste en el procedimiento de estabilización de suelos con polímeros y fibras naturales para producir un material de construcción compuesto,

sostenible, no-tóxico y producido con materiales de bajo impacto medioambiental. El procedimiento comprende la selección del suelo, del formato de presentación del aglutinante (seco o en disolución), la selección del tamaño y proporción de las fibras según las particularidades resistentes/aislantes y el formato del producto específico, y por último el mezclado, compactación, deshidratación y curado. El producto obtenido mediante dicho procedimiento reduce los costes de producción, es competitivo mecánicamente y contribuye al ahorro energético, facilitando la deconstrucción sin aportar residuos contaminantes al suelo.

Título

Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales

Objeto de la invención

La presente invención consiste en el procedimiento de estabilización de suelos con polímeros y fibras naturales para producir un material de construcción compuesto, sostenible, no-tóxico y producido con materiales de bajo impacto medioambiental. El procedimiento comprende la selección del suelo, del formato de presentación del aglutinante (seco o en disolución) , la selección del tamaño y proporción de las fibras según las particularidades resistentes/aislantes y el formato del producto específico, y por último el mezclado, compactación, deshidratación y curado. El producto obtenido mediante dicho procedimiento reduce los costes de producción, es competitivo mecánicamente y contribuye al ahorro energético, facilitando la deconstrucción sin aportar residuos contaminantes al suelo.

Estado de la técnica

La tierra sin tratar fue uno de los primeros materiales de construcción que utilizó la humanidad. Los ejemplos más antiguos se encuentran en viviendas de Oriente Próximo de hace entre 11.000 y 12.000 años [Atzeni C, Pia G, Sanna U, Spanu N. Surface wear resistance of chemically or thermally stabilized earth-based materials. Mater Struct 2008;41 :751-8.]. En restos arqueológicos del siglo XIV a. C., localizados en Cerdeña (Italia) , también se ha hallado material terroso, mezclado con plantas o guijarros, con fines resistentes. Hoy en día se sigue utilizando en numerosas partes del mundo como material de construcción. En muchos países en desarrollo, donde las tecnologías modernas son simplemente demasiado costosas de implementar, sigue siendo un importante material de construcción [Olotuah AO. Recourse to earth for low-cost housing in Nigeria. Build Enviran 2002;37 (1) :123-9]. La tierra apisonada moderna (tapial) despierta mucho interés en todo el mundo como un material de construcción alternativo y altamente sostenible [Rael R. Earth architecture. New York: Princeton Architectural Press; 2009. ISBN 121110094321]. Este interés en los últimos años, ha alcanzado un considerable nivel en Estados Unidos y Australia Occidental, impulsado por su redescubrimiento como un material de construcción ecológica [Hall M, Djerbib Y. Rammed earth sample production: context, recommendations and consistency. Constr Build Mater 2004;18:281-6]. La principal desventaja de la tierra cruda es su higroscopicidad. Por esto la mayoría de los edificios de tierra se encuentran en regiones áridas donde la pluvionetría es baja. El propósito de estabilizar materiales basados en tierra es mejorar sus propiedades mecánicas y su resistencia a los efectos del agua mediante la adición de fibras y/o conglomerantes artificiales.

Los materiales de arcilla ofrecen una alternativa sostenible y saludable a materiales de albañilería convencionales, tales como los ladrillos cocidos y el hormigón. Sus beneficios ambientales incluyen una reducción considerable de la energía empleada en el proceso de fabricación, masa térmica y la regulación de la humedad.

Hay muchas referencias existentes sobre el interés en Reino Unido sobre técnicas de construcción de la tierra y ladrillos sin cocer. Hoy en día se utilizan ladrillos sin cocer y sus características mecánicas pueden encontrarse en [Morel JC, Pkla A, Walker P. Compressive strength testing of compressed earth blocks. Constr Build Mater 2007;21 :303-9]. Las características de los ladrillos sin cocer son mejoradas agregando estabilizadores como cemento [Walker PJ. Strength, durability and shrinkage characteristics of cement stabilised soil blocks. Cem Concr Compos 1995;17:301-10]. Varios estudios científicos analizan diversos aspectos del aislamiento térmico [Oti JE, Kinuthia JM, Bai J. Design thermal values for unfired clay bricks. Mater Des 2010;31:104-12] [Goodhew S, Griffiths R. Sustainable earth walls to meet the building regulations. Energy Build 2005;37:451-9.], [Hall M, Allinson D. Assessing the effects of soil grading on the moisture content-dependent thermal conductivity of stabilised rammed earth materials. Appl Therm Eng 2009;29:740-7], pero todos ellos subrayar las ventajas medioambientales asociadas a este tipo de materiales de construcción [Oti JE, Kinuthia JM, Bai J. Energy-saving and C02 emission: how unfired claybased building materials development in the UK can contribute. In: Proceedings of the 1st international conference on industrialised, integrated, intelligent construction (13CON) , Loughborough, UK, 14-16 May; 2008].

Los antecedentes más relacionados con esta invención implican agregados tóxicos para el suelo que complican enormemente los procesos de deconstrucción y reciclaje de estos materiales por el grado de contaminación inherente a los mismos. Por otro lado la mayor parte de productos usados hasta la fecha como aglutinante del suelo son más costosos energéticamente, lo cual implica una merma de sus posibilidades de ahorro en toneladas de CO2 emitido por tonelada de producto final. Los principales agregados en este sentido son los cementos, las cales, las cenizas volantes y las resinas sintéticas.

Respecto a las fibras usadas como armadura en tales productos se pueden englobar en dos gupos: las sintéticas o semisintéticas como las fibras de vidrio, las de celulosa y las de poliéster, las cuales implican elevados costes medioambientales y energéticos; y las naturales, en general de origen vegetal, como el cáñamo, el sisal, el yute, la fibra de coco y la de lino, las cuales presentan mayor higroscopicidad y parámetros de envejecimiento más acelerados.

En España, desde diciembre de 2008 está publicada la Norma UNE 41410 [1] con el título "Bloques de tierra comprimida para muros y tabiques. Definiciones, especificaciones y métodos de ensayo" que permite la utilización de estos materiales.

El objeto de esta invención es la elaboración de ladrillos reforzados con lana, de tal forma que se obtiene un compuesto más sostenible, no tóxico, que emplea materiales locales abundantes y mejora su resistencia mecánicamente.

Descripción de la invención

La presente invención consiste en el procedimiento de estabilización de suelos con polímeros y fibras naturales para producir un material de construcción compuesto, sostenible, no-tóxico y producido con materiales de bajo impacto medioambiental. El procedimiento comprende las siguientes etapas: a) selección del suelo y determinación de su comportamiento en relación a su potencial absorción de agua; b) selección del formato de presentación del aglutinante (seco o en disolución) ; c) selección del tamaño y proporción de las fibras según las particularidades resistentes/aislantes y formato del producto específico; d) mezclado. e) compactación. f) deshidratación. g) curado.

La mezcla de productos arcillosos y/o semejantes con el agua, puede dar lugar a fisuraciones, alabeos y deformaciones. Pues bien, el objeto de la presente invención, es el de solventar esas características alteraciones de volumen en la mezcla con un material natural: la lana, que en pequeña proporción funciona como armadura interna, mejorando la resistencia a flexión y facilitando las reacciones de secado e incluso reduciendo temporalmente este proceso. Las tradicionales armaduras de fibras sintéticas, semisintéticas o naturales se sustituyen en la presente invención por fibras animales de lana, que se obtienen principalmente de la piel de la oveja y el cordero domésticos. También existen otros animales a partir de los cuales se fabrica lana, tales como: la alpaca, el camello, el guanaco, la cabra de cachemira, el conejo de angora, la llama, la vicuña, la cabra mohair y el yak. Químicamente, la lana es una fibra de proteína llamada queratina, que se caracteriza por su finura, elasticidad (se puede alargar hasta un 50% de su longitud sin romperse) y aptitud para el afieltrado. Estas características se deben a que la superficie externa de las fibras que la forman está constituida por escamas muy pequeñas, abundantes y puntiagudas que sólo están fijas por su base y encajadas a presión. Dependiendo del tipo de lana (según el animal del que proviene) las escamas varían en la finura y crispado (rizo) de la fibra, lo cual le proporciona más o menos elasticidad y resistencia. La elasticidad y la resistencia hacen que esta fibra se deforme menos que otras fibras naturales. Estas particularidades le permiten ser utilizada preferentemente como fibra textil, además de su ligereza y sus propiedades aislantes. Las fibras de lana usadas en la invención no se tratan químicamente con detergentes,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) Selección del suelo y determinación de su comportamiento en relación

2. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicación 1, caracterizado porque el índice de plasticidad del grupo o grupos arcillosos predominantes en el suelo debe tener un valor superior a 14 para una mayor compacidad y resistencia mecánica finales.

3. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicación 1, caracterizado por el uso de alginato seco ó en disolución, preferentemente alginato sódico, como polímero orgánico; lana animal como fibra de armadura, con un tamaño que oscila entre los 10mm y los 40mm, y lignum sulfonato cálcico como aditivo fluidificante.

4. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mezclado con alginato líquido tiene una composición en peso de: suelo (75% al 85%) , alginato líquido (23, 5% al a su potencial absorción de agua. b) Selección del formato de presentación del aglutinante (seco o en disolución) . c) Selección del tamaño y proporción de las fibras según las particularidades resistentes/aislantes y formato del producto específico. d) Mezclado. e) Compactación. f) Deshidratación. g) Curado.

12, 5%) , lignum (del 0, 2% al 0, 7%) , fibra de lana ( del 1 , 5% al 0, 2%) yagua (1, 5 al 0, 2%) , y un tiempo de mezclado no superior a 5 minutos.

5. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mezclado con alginato en polvo tiene una composición en peso de: suelo (75% al 85%) , alginato en polvo (9% al 5, 3%) , lignum (del 0, 2% al 0, 7%) , fibra de lana (del 1, 5% al 0, 2%) yagua (15, 5% al 9, 3%) , y un tiempo de mezclado no superior a 3 minutos.

6. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la compactación se realiza mediante apisonado mecánico y en mesa vibradora, con un tiempo total de compactación , inferior a 10 minutos cuando el alginato es líquido y a 4 minutos cuando es en polvo.

7. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la deshidratación cuando el alginato es líquido consiste en el secado de las piezas en estufa a 500°C durante un tiempo comprendido entre los 90 y 60 minutos.

8. Procedimiento para la estabilización de suelos arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras animales según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el curado total de las piezas se realiza en un ambiente seco, con humedad relativa inferior al 60% y a temperatura de 22° a 250°C, durante un tiempo de curado que oscila entre 24 y 150 horas.