Stabilization of Lateritic Soil Using PET Bottle Shreds and Periwinkle Shell Ash for Subgrade Layer of Road Pavement

تبدأ كل طريق من الأرض التي تقع تحته. فقبل وضع أي طبقة من الأسفلت، يجب على المهندسين التأكد من أن التربة الموجودة بالأسفل يمكنها تحمل وزن السيارات والشاحنات دون غوص أو تشقق. هذه الطبقة السفلية، المعروفة باسم "التربة التحتية" (subgrade)، هي أساس الهيكل بأكمده. وفي أجزاء كثيرة من العالم، تكون التربة المتاحة هي "اللاتيريت"، وهي تربة حمراء غنية بالحديد والطين. ورغم وفرتها، إلا أن هذه التربة غالاً ما تعاني تحت الضغط، خاصة عندما تكون مبللة، مما يجعلها مرشحاً ضعيفاً لبناء الطرق بمفردها. ولإصلاح ذلك، يخلط المهندسون تقليدياً مواد أخرى لتقوية التربة، لكن هذه الإضافات قد تكون مكلفة وتستهلك طاقة كبيرة لإنتاجها. وفي الوقت نفسه، يصارع العالم جبلًا متزايدًا من النفايات؛ إذ تعد الزجاجات البلاستيكية وقشور المأكولات البحرية المستهلكة من بين تدفقات النفايات التي تسد المكبات وتضر بالبيئة. والسؤال الذي يقود الأبحاث الحديثة هو: هل يمكن حل هاتين المشكلتين المختلفتين تماماً — التربة الضعيفة والنفايات المفرطة — معاً عبر تحويل النفايات إلى أداة إنشائية؟

قام فريق من الباحثين في جامعة كوفينانت في نيجيريا باختبار هذه الفكرة باستخدام نوعين محددين من النفايات: البلاستيك المقطع من زجاجات البولي إيثيلين تيريفثالات (PET)، والرماد الناتج عن حرق قشور "البيريوينكل" (Periwinkle). والبيريوينكل هو نوع من الحلزونات البحرية التي تؤكل على نطاق واسع في غرب أفريقيا، وغالباً ما يتم التخلص من قشورها بكميات كبيرة. جمع الباحثون تربة لاتيريت من موقع في ولاية أوغون وبدأوا سلسلة من التجارب المختبرية لمعرفة كيف يغير خلط هذه المواد من سلوك التربة. قاموا أولاً بتحضير التربة عن طريق تجفيفها وطحنها إلى مسحوق متجانس. ثم أخذوا زجاجات بلاستيكية مستعملة، وغسلوها، وقطعوها إلى شرائح صغيرة بحجم ظفر الإصبع تقريباً. وبالنسبة للقشور، فقد قاموا بتنظيفها، وحرقها في نار مكشوفة، ثم تسخين الرماد الناتج في فرن لضمان كونه نشطاً كيميائياً قبل طحنه إلى مسحوق ناعم.

تعامل الفريق مع المشكلة على مرحلتين. أولاً، اختبروا كمية البلاستيك المقطع التي يمكن للتربة تحملها بمفردها. خلطوا التربة مع كميات صغيرة من شرائح البلاستيك، تتراوح من اثنين بالمئة إلى عشرة بالمئة من الوزن الإجمالي. ووجدوا أن إضافة البلاستيك تجعل التربة أقوى، ولكن إلى حد معين فقط. فعندما أضافوا ستة بالمئة من البلاستيك من حيث الوزن، وصلت التربة إلى ذروة قوتها. أما إضافة أكثر من ذلك فقد جعلتها أضعف في الواقع، لأن البلاستिक الزائد بدأ يعيق جزيئات التربة من التراص بإحكام. ومع تحديد الكمية المثالية من البلاستيك، انتقل الباحثون إلى المرحلة الثانية، حيث أبقوا محتوى البلاستيك ثابتاً عند ستة بالمئة مع تغيير كمية رماد قشور البيريوينكل. واختبروا الخليط بإضافة الرماد بكميات تتراوح من اثنين بالمئة إلى عشرة بالمئة.

أظهرت النتائج نمطاً واضحاً من التحسن. فالتربة الطبيعية غير المعالجة كانت تمتلك قدرة منخفضة جداً على تحمل الوزن، حيث سجلت قيمة 5.5 بالمئة في اختبار قياسي يُستخدم لقياس قوة التربة للطرق. وعندما دمج الباحثون شرائح البلاستيل بنسبة ستة بالمئة مع ستة بالمئة من رماد قشور البيريوينكل، تضاعفت قوة التربة بأكثر من ثلاثة أضعاف، لتصل إلى 19.5 بالمئة. كما زادت هذه التركيبة المحددة بشكل كبير من قدرة التربة على مقاومة الانضغاط، وهي خاصية تُقاس بقوة الضغط، والتي ارتفعت من 120.5 وحدة في التربة الطبيعية إلى 273.3 وحدة في الخليط المعالج. كما لاحظ الباحثون أن التربة المعالجة أصبحت أقل نفاذية، مما يعني أن الماء لا يمكنه المرور من خلالها بسهولة كما هو الحال في الأتربة غير المعالجة. وهذه فائدة حاسمة لأساسات الطرق، حيث يؤدي تسرب المياه غالباً إلى التليّن والانهيار.

وعلى الرغم من هذه المكاسب، أشار الباحثون إلى أن التربة المعالجة، رغم أنها أقوى بكثير مما كانت عليه، إلا أنها لم تصل بعد إلى مستويات القوة العالية المطلوبة للطبقات الثقيلة من الطرق التي تحمل حركة مرور مستمرة. إن أفضل خليط صنعوه مناسب لطبقة "التربة التحتية" للطرق ذات الحركة المرورية الخفيفة، لكنه ليس بديلاً بعد لطبقات القاعدة للطرق السريعة الكبرى. وتشير الدراسة إلى أن القوة تأتي من آلية مزدوجة: تعمل شرائح البلاستيك مثل الألي fibers الصغيرة التي تمسك التربة معاً، بينما يتفاعل الرماد الناتج عن القشور كيميائياً مع التربة لتكوين روابط تشبه الإسمنت. ومع ذلك، وجد الفريق أيضاً أن إضافة الكثير من الرماد، وتحديداً بما يتجاوز ستة بالمئة، تسببت في انخفاض القوة مرة أخرى، ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن المسحوق الناعم الزائد عطل الرابط بين التربة والبلاستيك.

يُظهر هذا العمل طريقة عملية لتحسين جودة التربة المحلية مع تقليل حجم نفايات البلاستيك والقشور في البيئة في آن واحد. وخلص الباحثون إلى أن استخدام هذه المواد العادمة المحددة هو مسار قابل للتطبيق في بناء الطرق في المناطق التي تشيع فيها تربة اللاتيريت. وأكدوا أنه بينما تعد النتائج واعدة، إلا أن هناك حاجة لمزيد من الاختبارات لمعرفة مدى صمود هذه التربة على مدار سنوات عديدة من الدورات الرطبة والجافة. وفي الوقت الحالي، تقدم الدراسة مثالاً ملموساً لكيفية تحويل الهندسة لعبئين بيئيين إلى مورد واحد مفيد، شريطة أن يتم موازنة الخليط بعناية لتجنب النقطة التي يصبح فيها الكثير من الشيء الجيد مشكلة.