Study on plasticity and compressibility behaviour of jute and coir reinforced soft soil

Sob os alicerces de muitos edifícios, estradas e pontes, encontra-se uma camada de terra que se comporta mais como uma esponja grossa e úmida do que como um solo sólido. Este é o solo mole, um material notório por sua tendência de se espremer sob peso e inchar quando molhado. Quando estruturas são construídas sobre tal terreno, o solo pode se comprimir de forma irregular, causando rachaduras nas paredes, inclinação de torres ou até o colapso total. Engenheiros há muito buscam maneiras de tornar essa terra instável mais forte e menos propensa a mudar de forma. Uma abordagem tradicional envolve a mistura de produtos químicos como cal ou cimento, mas esses materiais muitas vezes exigem muita energia para serem produzidos e podem alterar a química natural do solo. Nos últimos anos, pesquisadores voltaram sua atenção para uma alternativa mais sustentável: o uso de fibras naturais. Estas são tiras finas, semelhantes a fios, colhidas de plantas, que podem ser misturadas ao solo para agir como um esqueleto oculto, mantendo as partículas soltas unidas e resistindo às forças que fazem o solo falhar.

Uma equipe de pesquisadores na Índia investigou recentemente como dois tipos específicos de fibras naturais, juta e coir, poderiam transformar o comportamento do solo mole. A juta vem do caule de uma planta de flores e é conhecida por sua resistência, enquanto o coir é uma fibra grossa extraída da casca do coco. Os cientistas queriam ver se a mistura dessas fibras no solo reduziria sua tendência de absorver muita água, encolher quando seca ou se espremer sob pressão. Eles pegaram amostras de argila mole de Chennai, uma região conhecida por suas condições desafiadoras de solo, e misturaram pequenas quantidades de comprimento de um centímetro dessas fibras em quantidades variadas, indo desde um traço minúsculo até 2,5 por cento do peso total do solo. Ao testar essas misturas em laboratório, eles visavam encontrar o equilíbrio perfeito onde o solo se tornasse forte o suficiente para suportar estruturas pesadas sem perder seu caráter natural e ecológico.

Os resultados mostraram que a adição dessas fibras mudou fundamentalmente como o solo se comportava, tornando-o mais estável e fácil de trabalhar. Quando os pesquisadores mediram a "plasticidade" do solo — uma forma de descrever quanta água ele pode conter antes de se transformar em uma lama fluida — descobriram que as fibras agiam como uma esponja que absorve o excesso de umidade. O solo que originalmente exigia uma grande quantidade de água para se tornar plástico precisava significativamente menos de água após a adição das fibras. Isso foi particularmente verdadeiro para as fibras de coir, que reduziram o limite de liquidez do solo de 82% para 74,31%. As fibras de juta também ajudaram, baixando o limite para 76,98%. Mais importante ainda, as fibras aumentaram o "limite de retração" do solo, que é o ponto no qual o solo para de encolher à medida que seca. O solo não reforçado começou a encolher com um teor de umidade de apenas 11,28%, mas com a adição de coir e juta, esse limiar subiu para 15,18% e 16,52%, respectivamente. Isso significa que o solo reforçado pode secar muito mais sem rachar ou se afastar dos alicerces de um edifício.

Além de mudar apenas como o solo retém água, as fibras tornaram o terreno significativamente mais forte. Os pesquisadores testaram a capacidade do solo de resistir ao ser esmagado ao pressioná-lo com uma carga pesada. O solo original, não reforçado, conseguia suportar apenas uma pressão de 54,47 quilopascais antes de falhar. No entanto, quando misturado com 2 por cento de fibras de coir, a força do solo saltou para 97,34 quilopascais, uma melhoria de quase 79 por cento. As fibras de juta também proporcionaram um impulso, atingindo uma força de 81,82 quilopascais quando misturadas a 2,5 por cento. Esse aumento de força significa que um edifício colocado sobre este solo reforçado teria muito menos probabilidade de afundar ou inclinar. As fibras também ajudaram o solo a se compactar mais densamente. A densidade máxima que o solo poderia alcançar aumentou de 13,71 quilonewtons por metro cúbico para 15,62 com o coir, indicando que as fibras ajudaram as partículas do solo a se assentarem em um arranjo mais denso e compacto.

Para entender exatamente como esses pequenos fios faziam seu trabalho, os cientistas observaram o solo sob microscópios poderosos e analisaram sua composição mineral. Eles descobriram que as fibras não reagiam quimicamente com o solo para criar novas substâncias; em vez disso, trabalhavam através de mecânica física simples. As imagens microscópicas revelaram que as fibras estavam tecendo através do solo, criando pontes entre os vãos entre as partículas individuais de argila e travando-as. Isso criou uma rede tridimensional que impedia o solo de colapsar ou se espalhar quando a pressão era aplicada. As fibras essencialmente agiam como uma malha de reforço, mantendo as partículas soltas em seu lugar e reduzindo os espaços vazios, ou vazios, dentro da estrutura do solo. Esse intertravamento físico foi a razão primária para a melhoria da força e a redução da compressibilidade.

O estudo concluiu que, embora ambas as fibras fossem eficazes, elas ofereciam vantagens ligeiramente diferentes. As fibras de coir provaram ser a escolha superior para aumentar a força geral e a densidade do solo, tornando-as a melhor candidata para suportar cargas pesadas. A juta, por outro lado, mostrou uma capacidade particularmente forte de resistir ao encolhimento, tornando-se altamente valiosa para prevenir rachaduras em condições secas. Os pesquisadores descobriram que adicionar fibra demais, especificamente além de 2 por cento para o coir, nem sempre levava a mais melhorias, sugerindo que existe uma quantidade ideal para os melhores resultados. Em última análise, esta pesquisa demonstra que fibras naturais podem servir como uma solução sustentável e de baixo custo para estabilizar solos moles e problemáticos. Ao usar materiais que são renováveis e biodegradáveis, engenheiros podem melhorar a segurança e a longevidade das estruturas sem depender de produtos químicos que consomem muita energia, oferecendo um caminho prático para a construção em áreas com terrenos difíceis.