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

Sob cada edifício, de uma casa humilde a um arranha-céu imponente, reside uma camada de terra que deve ser forte o suficiente para suportar o peso acima dela. Este solo, frequentemente uma mistura de argila e silte, é o alicerce do nosso mundo construído. No entanto, o solo natural nem sempre é confiável; pode ser demasiado macio, demasiado viscoso ou propenso a deslocamentos quando húmido. Durante décadas, os engenheiros resolveram isto misturando cimento ou cal para endurecer a terra. Embora eficaz, estes métodos tradicionais trazem um preço pesado para o planeta, pois a sua produção liberta vastas quantidades de dióxido de carbono na atmosfera. Ao mesmo tempo, o mundo está a afogar-se em resíduos plásticos, particularmente o poliestireno expandido, a espuma leve utilizada em embalagens e copos descartáveis. Este material é durável até ao extremo, persistindo em aterros sanitários durante séculos sem se decompor. O desafio para a ciência moderna tem sido encontrar uma forma de transformar este resíduo obstinado numa ferramenta útil para a construção sem criar novos problemas ambientais.

Uma equipa de investigadores de universidades da Colômbia adotou uma abordagem inovadora para este problema, propondo um método que transforma dois fluxos de resíduos distintos numa única e poderosa solução. Eles investigaram se o poliestireno expandido reciclado, quando dissolvido num líquido natural à base de citrinos, poderia ser utilizado para fortalecer solos de argila fina. O objetivo era criar um novo tipo de estabilizador de solo que não fosse apenas eficaz para sustentar edifícios, mas que também reduzisse a pegada de carbono da construção e desse uma segunda vida aos resíduos plásticos. Ao misturar a espuma dissolvida na argila, os investigadores visavam criar um material composto que fosse mais forte e rígido do que o solo isolado, oferecendo uma alternativa sustentável às práticas pesadas em cimento do passado.

O experimento começou com um tipo específico de solo de argila, um que é comum em muitas regiões, mas que muitas vezes é demasiado fraco para suportar estruturas pesadas por si só. Os investigadores utilizaram esferas de poliestireno recicladas, do tipo encontrado em embalagens, e dissolveram-nas em D-limoneno, um líquido transparente extraído de cascas de laranja. Este solvente é biodegradável e não tóxico, tornando-o uma escolha muito mais ecológica do que os solventes químicos agressivos frequentemente utilizados em processos industriais. Eles criaram dezenas de pequenas amostras cilíndricas desta argila, cada uma misturada com diferentes quantidades de espuma dissolvida e concentrações variadas do líquido com aroma de citrinos. Estas amostras foram então compactadas firmemente e deixadas para secar ao ar durante uma semana, permitindo que o solvente evaporasse e a espuma se fixasse dentro da matriz do solo.

Uma vez preparadas as amostras, a equipa submeteu-as a uma série de testes rigorosos para ver como resistiam. Mediram a velocidade com que as ondas sonoras podiam viajar através do material, uma técnica que revela quão densa e contínua é a sua estrutura interna. Também sujeitaram os cilindros a uma pressão imensa para ver quanta força poderiam suportar antes de rachar. Os resultados foram impressionantes. As amostras que continham a maior quantidade de espuma dissolvida, especificamente uma mistura onde a espuma representava 12 por cento do peso total e o solvente cítrico estava presente a 25 por cento, tiveram um desempenho excepcional. Estas amostras conseguiram suportar uma pressão de quase 1.010 quilopascais. Para colocar isto em perspetiva, o solo de argila não tratado usado como base podia suportar apenas cerca de 123 quilopascais. Isto significa que a nova mistura era quase seis vezes mais forte do que o solo natural, um salto massivo de desempenho.

Além da força bruta, o material mostrou outros traços promissores. As amostras com mais espuma tornaram-se significativamente mais rígidas, o que significa que são menos propensas a dobrar ou deformar sob carga, mas retiveram flexibilidade suficiente para absorver o stress sem estilhaçar imediatamente. Os investigadores observaram também que a presença da espuma ajudou a prender o solvente cítrico dentro da mistura por mais tempo, permitindo um processo de endurecimento mais uniforme à medida que o líquido evaporava lentamente. Este efeito de encapsulamento garantiu que a espuma se distribuísse uniformemente pela argila, criando uma rede coesa que uniu as partículas do solo. A análise estatística confirmou que o aumento da força não foi uma mera coincidência, mas um resultado direto das proporções específicas de espuma e solvente utilizadas.

O estudo sugere que esta combinação de plástico reciclado e solvente natural oferece um caminho viável para a engenharia geotécnica. Demonstra que materiais de resíduos, frequentemente vistos como um fardo, podem ser transformados em auxiliares de construção de alto desempenho. Os investigadores descobriram que o equilíbrio ideal exigia uma quantidade específica de solvente para dissolver a espuma de forma eficaz sem deixar demasiado líquido para trás, o que enfraqueceria o produto final. Quando este equilíbrio foi alcançado, a mistura de solo resultante não foi apenas mais forte, mas também mais leve, o que poderia reduzir a carga total sobre a fundação de um edifício. Este duplo benefício de aumento de força e redução de peso, alcançado através do reaproveitamento de resíduos, aponta para um futuro mais sustentável para as fundações de edifícios.

Embora o estudo se tenha focado nas propriedades físicas e mecânicas do material, as implicações estendem-se ao impacto ambiental mais amplo da construção. Ao substituir uma parte do cimento tipicamente utilizado para estabilizar o solo por esta mistura de espuma reciclada, a indústria da construção poderá reduzir significativamente as suas emissões de carbono. O processo baseia-se em materiais que já são abundantes como resíduos, transformando um problema de descarte num recurso. Os investigadores notaram que trabalhos futuros poderiam envolver o teste de como a temperatura afeta o processo de secagem para otimizar ainda mais a remoção do solvente, garantindo que o material atinja o seu pleno potencial. Por agora, as descobertas fornecem uma prova clara e mensurável de que uma simples mistura de líquido de casca de laranja e espuma reciclada pode transformar uma argila fraca e instável numa base sólida e fiável para as estruturas do amanhã.