Recycled EPS Diluted in D-Limonene as a Sustainable Stabilizer for Building Foundation Subgrade: Evaluation of Physical and Mechanical Properties in Fine Clay Soils

Bajo cada edificio, desde una humilde vivienda hasta un rascacielos imponente, yace una capa de tierra que debe ser lo suficientemente fuerte como para soportar el peso que tiene encima. Este suelo, a menudo una mezcla de arcilla y limo, es el cimiento de nuestro mundo construido. Sin embargo, el suelo natural no siempre es confiable; puede ser demasiado blando, demasiado esponjoso o propenso a desplazarse cuando está húmedo. Durante décadas, los ingenieros han resuelto esto mezclando cemento o cal para endurecer la tierra. Aunque es efectivo, estos métodos tradicionales conllevan un alto precio para el planeta, ya que su producción libera vastas cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Al mismo tiempo, el mundo se está ahogando en desechos plásticos, particularmente en poliestireno expandido, la espuma ligera utilizada en empaques y vasos desechables. Este material es duradero hasta el extremo, persistiendo en los vertederos durante siglos sin descomponerse. El desafío para la ciencia moderna ha sido encontrar una manera de convertir este obstáculo persistente en una herramienta útil para la construcción sin crear nuevos problemas ambientales.

Un equipo de investigadores de universidades de Colombia ha adoptado un enfoque novedoso para este problema, proponiendo un método que convierte dos flujos de desechos distintos en una única y poderosa solución. Investigaron si el poliestireno expandido reciclado, al disolverse en un líquido natural a base de cítricos, podría utilizarse para fortalecer suelos de arcilla fina. El objetivo era crear un nuevo tipo de estabilizador de suelo que no solo sea efectivo para sostener edificios, sino que también reduzca la huella de carbono de la construcción y dé una segunda vida a los desechos plásticos. Al mezclar la espuma disuelta en la arcilla, los investigadores pretendían crear un material compuesto que fuera más fuerte y rígido que el suelo por sí solo, ofreciendo una alternativa sostenible a las prácticas intensivas en cemento del pasado.

El experimento comenzó con un tipo específico de suelo arcilloso, uno que es común en muchas regiones pero que a menudo es demasiado débil para soportar estructuras pesadas por sí solo. Los investigadores tomaron perlas de poliestireno reciclado, del tipo que se encuentra en los empaques, y las disolvieron en D-limoneno, un líquido transparente extraído de las cáscaras de naranja. Este solvente es biodegradable y no tóxico, lo que lo convierte en una opción mucho más ecológica que los solventes químicos agresivos que se utilizan a menudo en los procesos industriales. Crearon docenas de pequeñas muestras cilíndricas de esta arcilla, cada una mezclada con diferentes cantidades de la espuma disuelta y diversas concentraciones del líquido con aroma a naranja. Estas muestras fueron luego compactadas fuertemente y dejadas a secar al aire durante una semana, permitiendo que el solvente se evaporara y la espuma se asentara dentro de la matriz del suelo.

Una vez que las muestras estuvieron listas, el equipo las sometió a una serie de pruebas rigurosas para ver cómo resistían. Midieron la velocidad a la que las ondas sonoras podían viajar a través del material, una técnica que revela qué tan densa y continua es su estructura interna. También sometieron los cilindros a una presión inmensa para ver cuánta fuerza podían soportar antes de agrietarse. Los resultados fueron sorprendentes. Las muestras que contenían la mayor cantidad de espuma disuelta, específicamente una mezcla donde la espuma representaba el 12 por ciento del peso total y el solvente cítrico estaba presente al 25 por ciento, funcionaron excepcionalmente bien. Estas muestras pudieron soportar una presión de casi 1,010 kilopascales. Para poner esto en perspectiva, el suelo de arcilla no tratado utilizado como base solo podía manejar unos 123 kilopascales. Esto significa que la nueva mezcla era casi seis veces más fuerte que el suelo natural, un salto masivo en el rendimiento.

Más allá de la fuerza bruta, el material mostró otros rasgos prometedores. Las muestras con más espuma se volvieron significativamente más rígidas, lo que significa que eran menos propensas a doblarse o deformarse bajo carga, aunque retuvieron suficiente flexibilidad para absorber el estrés sin romperse inmediatamente. Los investigadores también observaron que la presencia de la espuma ayudaba a atrapar el solvente cítrico dentro de la mezcla por más tiempo, permitiendo un proceso de endurecimiento más uniforme a medida que el líquido se evaporaba lentamente. Este efecto de encapsulación aseguró que la espuma se distribuyera uniformemente a través de la arcilla, creando una red cohesiva que unía las partículas del suelo. El análisis estadístico confirmó que el aumento en la resistencia no fue una casualidad, sino un resultado directo de las proporciones específicas de espuma y solvente utilizadas.

El estudio sugiere que esta combinación de plástico reciclado y solvente natural ofrece un camino viable hacia adelante para la ingeniería geotécnica. Demuestra que los materiales de desecho, a menudo vistos como una carga, pueden transformarse en ayudas de construcción de alto rendimiento. Los investigadores encontraron que el equilibrio óptimo requería una cantidad específica de solvente para disolver la espuma de manera efectiva sin dejar demasiado líquido, lo que debilitaría el producto final. Cuando se logró este equilibrio, la mezcla de suelo resultante no solo fue más fuerte, sino también más ligera, lo que podría reducir la carga total sobre la cimentación de un edificio. Este doble beneficio de mayor resistencia y menor peso, logrado mediante la reutilización de desechos, apunta a un futuro más sostenible para los cimientos de las edificaciones.

Si bien el estudio se centró en las propiedades físicas y mecánicas del material, las implicaciones se extienden al impacto ambiental más amplio de la construcción. Al reemplazar una parte del cemento que típicamente se utiliza para estabilizar el suelo con esta mezcla de espuma reciclada, la industria de la construcción podría reducir significativamente sus emisiones de carbono. El proceso depende de materiales que ya abundan como desechos, convirtiendo un problema de eliminación en un recurso. Los investigadores señalaron que el trabajo futuro podría involucrar la prueba de cómo la temperatura afecta el proceso de secado para optimizar aún más la eliminación del solvente, asegurando que el material alcance su pleno potencial. Por ahora, los hallazgos proporcionan una prueba clara y medida de que una simple mezcla de líquido de cáscara de naranja y espuma reciclada puede convertir la arcilla débil y cambiante en una base sólida y confiable para las estructuras del mañana.