Resistencia y comportamiento microestructural de mezclas de arena y caolín estabilizadas con TerraZyme y goma Xantana

Construir sobre un terreno más seguro y ecológico

Cada casa, carretera y puente depende en última instancia del suelo que hay bajo ellos. Cuando ese suelo es débil o inestable, puede producir grietas, hundimientos o incluso fallos catastróficos. Este estudio explora si dos productos de origen natural —una mezcla de enzimas llamada TerraZyme y un espesante vegetal llamado goma Xantana— pueden hacer que los suelos arenosos sean más resistentes y fiables, evitando al mismo tiempo la elevada huella de carbono de los tratamientos tradicionales con cemento y cal.

Por qué la arena sola no basta

Los suelos arenosos son materiales comunes en la construcción porque drenan rápidamente y son fáciles de compactar. Pero los granos de arena son como pequeñas canicas: lisos, duros y poco propensos a adherirse entre sí. Para mejorar su comportamiento, los investigadores mezclaron primero la arena con un 15% de caolín, una arcilla fina y blanca cuyas partículas planariformes pueden alojarse entre los granos de arena y ofrecer puntos de contacto adicionales. Esta mezcla arena–caolín representa mejor los cimientos reales, que suelen contener partículas gruesas y finas, y también proporciona más superficies reactivas sobre las que se pueden anclar los aditivos de base biológica.

Auxiliares naturales: una enzima y un biopolímero

El equipo trató a continuación esta mezcla arena–caolín con distintas cantidades de TerraZyme (un extracto vegetal fermentado) o de goma Xantana (un biopolímero a base de azúcares ampliamente usado como espesante alimentario). TerraZyme actúa principalmente alterando la química de las superficies de las partículas y las películas de agua que las rodean. En condiciones adecuadas, ayuda a formar geles semejantes a un cemento que recubren los granos y compactan la estructura del suelo. La goma Xantana se comporta de forma diferente: al hidratarse se convierte en un gel resbaladizo que envuelve los granos y se estira entre ellos, formando una red flexible. Junto con las superficies ricas en aluminio del caolín, estos aditivos naturales crean más mecanismos para que los granos se entrelacen y se unan.

Sometiendo los suelos tratados a presión

Para evaluar cuánto reforzaban estos tratamientos el suelo, los investigadores moldearon muestras cilíndricas y las comprimieron en un dispositivo de laboratorio estándar llamado celda triaxial, que simula cómo se carga el suelo bajo tierra. Se centraron en el comportamiento a corto plazo en condiciones no drenadas, parecido a lo que podría ocurrir durante una construcción rápida o un terremoto. Dosis “óptimas” cuidadosamente seleccionadas —0,075 mL de TerraZyme por kilogramo de suelo y 1% de goma Xantana en peso seco— aumentaron la resistencia máxima al corte de la mezcla arena–caolín aproximadamente dos veces y media tras 30 días de curado. Las muestras tratadas con TerraZyme alcanzaron picos de resistencia elevados pero luego se ablandaron algo al romperse los enlaces internos, comportándose de forma más rígida y algo más frágil. Las muestras tratadas con goma Xantana también mostraron alta resistencia, pero con una respuesta más suave y dúctil: siguieron soportando cargas considerables incluso a deformaciones mayores.

Viendo el pegamento oculto entre los granos

Para ir más allá de los números y entender cómo surgen estos cambios, los autores utilizaron una batería de microscopios avanzados y técnicas espectroscópicas más propias de la ciencia de materiales que de las pruebas de suelos habituales. Imágenes de microscopía electrónica revelaron que la goma Xantana creó un recubrimiento gelatinoso y fibroso que salvaba los poros entre los granos, mientras que TerraZyme produjo estructuras laminares y densamente empaquetadas, especialmente alrededor del caolín. Los análisis químicos (incluyendo difracción de rayos X, espectroscopía infrarroja, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X y RMN en estado sólido) mostraron que TerraZyme favoreció la formación de geles cementantes similares a los del hormigón y alteró la forma en que el aluminio y el oxígeno estaban enlazados en la arcilla. La goma Xantana, en cambio, formó principalmente puentes hidrogeles físicos sin cambiar drásticamente los minerales subyacentes, pero aun así aumentó la conectividad entre las partículas.

Qué significa esto para la construcción futura

Para un público no especialista, el mensaje clave es que una cantidad moderada de arcilla junto con aditivos naturales dosificados con cuidado puede convertir una arena suelta y fácilmente deformable en un material de cimentación mucho más resistente y resiliente. TerraZyme tiende a ofrecer mayor resistencia máxima mediante enlaces más rígidos y cementantes, lo que resulta atractivo donde hay cargas elevadas y solicitaciones rápidas. La goma Xantana proporciona un refuerzo más suave y flexible, que puede ser ventajoso cuando el suelo debe tolerar movimientos mayores sin agrietarse. Ambos enfoques evitan las fuertes emisiones de carbono y los impactos en las aguas subterráneas asociados al cemento y la cal, apuntando a un futuro en el que estabilizar el terreno bajo nuestros pies puede ser a la vez más seguro y considerablemente más ecológico.

Cita: Thomas, G., Nayak, R.R., Gupta, N.K. et al. Strength and microstructural behaviour of sand Kaolin mixtures stabilized with terrazyme and Xanthan gum. Sci Rep 16, 7451 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38011-x

Palabras clave: estabilización de suelos, biopolímero, bioenzima, mezcla arena-caolín, geotécnia sostenible