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

Cada carretera comienza con el suelo que tiene debajo. Antes de que se coloque una sola capa de asfalto, los ingenieros deben asegurarse de que el suelo debajo pueda soportar el peso de coches y camiones sin hundirse o agrietarse. Esta capa inferior, conocida como subrasante, es el cimiento de toda la estructura. En muchas partes del mundo, el suelo disponible es laterita, una tierra rojiza rica en hierro y arcilla. Aunque es abundante, este suelo suele tener dificultades bajo presión, especialmente cuando está húmedo, lo que lo convierte en un mal candidato para la construcción de carreteras por sí solo. Para solucionar esto, los ingenieros tradicionalmente mezclan otros materiales para fortalecer el suelo, pero estos aditivos pueden ser costosos y requerir mucha energía para su producción. Al mismo tiempo, el mundo se enfrenta a una montaña creciente de desechos. Las botellas de plástico y las conchas desechadas de mariscos consumidos son dos de esos flujos de residuos que obstruyen los vertederos y dañan el medio ambiente. La pregunta que impulsa la investigación reciente es si estos dos problemas tan diferentes —suelo débil y exceso de residuos— pueden resolverse juntos convirtiendo la basura en una herramienta de construcción.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Covenant en Nigeria se propuso probar esta idea utilizando dos tipos específicos de desechos: plástico triturado de botellas de tereftalato de polietileno, o PET, y ceniza obtenida de la quema de conchas de periwinkle. Los periwinkles son un tipo de caracol marino que se consume ampliamente en África Occidental, y sus conchas suelen desecharse en grandes cantidades. Los investigadores recolectaron suelo laterítico de un sitio en el estado de Ogun y comenzaron una serie de experimentos de laboratorio para ver cómo la mezcla de estos materiales de desecho cambiaba el comportamiento del suelo. Primero prepararon el suelo secándolo y triturándolo en un polvo uniforme. Luego tomaron botellas de plástico usadas, las lavaron y las trituraron en tiras pequeñas, aproximadamente del tamaño de una uña. Para las conchas, las limpiaron, las quemaron en un fuego abierto y luego calentaron la ceniza resultante en un horno para asegurar que fuera químicamente activa antes de molerla hasta obtener un polvo fino.

El equipo abordó el problema en dos etapas. Primero, probaron cuánto plástico triturado podía soportar el suelo por sí solo. Mezclaron el suelo con pequeñas cantidades de tiras de plástico, que variaban desde el dos por ciento hasta el diez por ciento del peso total. Descubrieron que añadir plástico fortalecía el suelo, pero solo hasta cierto punto. Cuando añadieron un seis por ciento de plástico por peso, el suelo alcanzó su máxima resistencia. Añadir más de eso en realidad lo debilitaba, ya que el exceso de plástico comenzaba a estorbar el empaquetamiento compacto de las partículas del suelo. Con la cantidad óptima de plástico identificada, los investigadores pasaron a la segunda etapa, manteniendo fijo el contenido de plástico al seis por ciento y variando la cantidad de ceniza de concha de periwinkle. Probaron la mezcla con la ceniza añadida en cantidades desde el dos por ciento hasta el diez por ciento.

Los resultados mostraron un patrón claro de mejora. El suelo natural, sin tratar, tenía una capacidad muy baja para soportar peso, registrando un valor del 5.5 por ciento en una prueba estándar utilizada para medir la resistencia del suelo para carreteras. Cuando los investigadores combinaron el seis por ciento de tiras de plástico con el seis por ciento de ceniza de concha de periwinkle, la resistencia del suelo se triplicó con creces, alcanzando un valor de 19.5 por ciento. Esta combinación específica también aumentó significamente la capacidad del suelo para resistir ser aplastado, una propiedad medida por su resistencia a la compresión, que pasó de 120.5 unidades en el suelo natural a 273.3 unidades en la mezcla tratada. Los investigadores también observaron que el suelo tratado se volvió menos permeable, lo que significa que el agua no podía pasar a través de él tan fácilmente como lo hacía a través de la tierra sin tratar. Este es un beneficio crucial para los cimientos de las carreteras, ya que la infiltración de agua suele provocar ablandamiento y fallos.

A pesar de estos avances, los investigadores señalaron que el suelo tratado, aunque mucho más fuerte que antes, todavía no alcanzaba los altos niveles de resistencia requeridos para las capas pesadas de una carretera que soporta tráfico constante. La mejor mezcla que crearon es adecuada para la capa de subrasante de carreteras con tráfico ligero, pero aún no es un reemplazo para las capas de base de las autopistas principales. El estudio sugiere que la resistencia proviene de un mecanismo dual: las tiras de plástico actúan como diminutas fibras que mantienen unido el suelo, mientras que la ceniza de las conchas reacciona químicamente con el suelo para formar enlaces similares al cemento. Sin embargo, el equipo también encontró que añadir demasiada ceniza, específicamente más allá del seis por ciento, causó que la resistencia cayera de nuevo, probablemente porque el exceso de polvo fino interrumpió el enlace entre el suelo y el plástico.

Este trabajo demuestra una forma práctica de mejorar la calidad del suelo local mientras se reduce simultáneamente el volumen de residuos de plástico y de conchas en el medio ambiente. Los investigadores concluyeron que el uso de estos materiales de desecho específicos es un camino viable para la construcción de carreteras en regiones donde el suelo laterítico es común. Enfatizaron que, si bien los resultados son prometedores, se necesitan más pruebas para ver qué tan bien resiste este suelo a lo largo de muchos ciclos de humedad y sequedad. Por ahora, el estudio ofrece un ejemplo concreto de cómo la ingeniería puede convertir dos cargas ambientales en un único recurso útil, siempre que la mezcla se equilibre cuidadosamente para evitar el punto en que demasiado de algo bueno se convierte en un problema.