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

Toda estrada começa com o solo sob ela. Antes que uma única camada de asfalto seja colocada, os engenheiros devem garantir que o solo abaixo possa suportar o peso de carros e caminhões sem afundar ou rachar. Esta camada inferior, conhecida como subleito, é a fundação de toda a estrutura. Em muitas partes do mundo, o solo disponível é a laterita, uma terra avermelhada rica em ferro e argila. Embora abundante, este solo frequentemente tem dificuldade sob pressão, especialmente quando úmido, tornando-se um mau candidato para a construção de estradas por conta própria. Para corrigir isso, os engenheiros tradicionalmente misturam outros materiais para fortalecer o solo, mas esses aditivos podem ser caros e exigir muita energia para serem produzidos. Ao mesmo tempo, o mundo está lidando com uma montanha crescente de resíduos. Garrafas plásticas e cascas descartadas de frutos do mar consumidos são dois desses fluxos de resíduos que entopem aterros sanitários e prejudicam o meio ambiente. A questão que impulsiona pesquisas recentes é se esses dois problemas muito diferentes — solo fraco e excesso de resíduos — podem ser resolvidos juntos, transformando o lixo em uma ferramenta de construção.

Uma equipe de pesquisadores da Universidade Covenant, na Nigéria, partiu para testar essa ideia usando dois tipos específicos de resíduos: plástico triturado de garrafas de polietileno tereftalato, ou PET, e cinzas feitas da queima de cascas de periwinkle. Os periwinkles são um tipo de caracol marinho amplamente consumido na África Ocidental, e suas cascas são frequentemente descartadas em grandes quantidades. Os pesquisadores coletaram solo laterítico de um local no estado de Ogun e iniciaram uma série de experimentos laboratoriais para ver como a mistura desses materiais de descarte alterava o comportamento do solo. Primeiro, eles prepararam o solo secando-o e triturando-o em um pó uniforme. Em seguida, pegaram garrafas plásticas usadas, lavaram-nas e as trituraram em tiras pequenas, aproximadamente do tamanho de uma unha. Para as cascas, eles as limparam, queimaram-nas em fogo aberto e depois aqueceram as cinzas resultantes em um forno para garantir que estivessem quimicamente ativas antes de moê-las em um pó fino.

A equipe abordou o problema em duas etapas. Primeiro, testaram quanto plástico triturado o solo poderia suportar por conta própria. Eles misturaram o solo com pequenas quantidades de fragmentos de plástico, variando de dois por cento a dez por cento do peso total. Descobriram que a adição de plástico tornava o solo mais forte, mas apenas até certo ponto. Quando adicionaram seis por cento de plástico por peso, o solo atingiu seu pico de resistência. Adicionar mais do que isso na verdade o tornava mais fraco, pois o excesso de plástico começava a impedir que as partículas do solo se compactassem densamente. Com a quantidade ideal de plástico identificada, os pesquisadores passaram para a segunda etapa, mantendo o conteúdo de plástico fixo em seis por cento e variando a quantidade de cinza de casca de periwinkle. Eles testaram a mistura com cinzas adicionadas em quantidades de dois por cento até dez por cento.

Os resultados mostraram um padrão claro de melhoria. O solo natural, não tratado, tinha uma capacidade muito baixa de suportar peso, registrando um valor de 5,5 por cento em um teste padrão usado para medir a resistência do solo para estradas. Quando os pesquisadores combinaram os seis por cento de fragmentos de plástico com seis por cento de cinza de casca de periwinkle, a resistência do solo mais do que triplicou, atingindo um valor de 19,5 por cento. Essa combinação específica também aumentou significativamente a capacidade do solo de resistir ao esmagamento, uma propriedade medida pela sua resistência à compressão, que subiu de 120,5 unidades no solo natural para 273,3 unidades na mistura tratada. Os pesquisadores também observaram que o solo tratado tornou-se menos permeável, o que significa que a água não conseguia passar por ele tão facilmente quanto passava pelo solo não tratado. Este é um benefício crucial para as fundações de estradas, pois a infiltração de água frequentemente leva ao amolecimento e à falha.

Apesar desses ganhos, os pesquisadores observaram que o solo tratado, embora muito mais forte do que antes, ainda não atingiu os altos níveis de resistência exigidos para as camadas pesadas de uma estrada que carrega tráfego constante. A melhor mistura que criaram é adequada para a camada de subleito de estradas com tráfego leve, mas ainda não é um substituto para as camadas de base de rodovias principais. O estudo sugere que a resistência vem de um mecanismo duplo: os fragmentos de plástico atuam como pequenas fibras que mantêm o solo unido, enquanto a cinza das cascas reage quimicamente com o solo para formar ligações semelhantes ao cimento. No entanto, a equipe também descobriu que adicionar cinzas demais, especificamente além de seis por cento, fez com que a resistência caísse novamente, provavelmente porque o excesso de pó fino interrompeu a ligação entre o solo e o plástico.

Este trabalho demonstra uma maneira prática de melhorar a qualidade do solo local enquanto reduz simultaneamente o volume de resíduos de plástico e de cascas no meio ambiente. Os pesquisadores concluíram que o uso desses materiais de desíduo específicos é um caminho viável para a construção de estradas em regiões onde o solo laterítico é comum. Eles enfatizaram que, embora os resultados sejam promissores, testes adicionais são necessários para ver quão bem esse solo resiste a muitos anos de ciclos de secagem e molhagem. Por enquanto, o estudo oferece um exemplo concreto de como a engenharia pode transformar dois fardos ambientais em um único recurso útil, desde que a mistura seja cuidadosamente equilibrada para evitar o ponto em que o excesso de algo bom se torna um problema.