Comportamiento hidromecánico de lodos dragados modificados con agentes de curado compuestos a partir de residuos industriales

Convertir lodo en nuevo terreno

En muchas costas densamente pobladas, las ciudades literalmente se están quedando sin suelo para construir. Una forma de crear nuevo terreno es bombear lodo blando, o lodo dragado, desde el fondo marino hacia áreas someras y dejar que se endurezca hasta convertirse en suelo utilizable. Pero este lodo se parece más a una sopa acuosa que a un suelo sólido: contiene mucha agua, partículas muy finas de arcilla y drena extremadamente despacio. Cuando los ingenieros intentan extraer el agua mediante sistemas de vacío, el lodo a menudo obstruye los drenajes y se resiste a secarse. Este estudio explora una manera más inteligente y ecológica de ayudar a que ese lodo se compacte y drene, usando subproductos industriales en lugar de grandes cantidades de cemento convencional.

Por qué es tan difícil domar el lodo blando del lecho marino

El lodo dragado de los puertos alrededor de Shanghái llega con más del doble de su peso en agua y más de la mitad de sus partículas en el rango de tamaño de arcilla. En este estado tiene casi ninguna resistencia y deja pasar el agua con mucha dificultad. Los ingenieros usan comúnmente un método llamado preconsolidación por vacío: se introducen drenajes plásticos verticales a través del lodo, se aplica un vacío en la superficie y el agua es extraída hacia arriba para que el suelo se asiente y se fortalezca. Sin embargo, con lodos tan finos y adhesivos, las partículas se acumulan alrededor de los drenajes y forman cilindros compactos de suelo casi impermeable. Estas “columnas de suelo” obstruyen las vías de flujo, de modo que unas zonas del terreno se secan mientras otras permanecen blandas, ralentizando los proyectos y encareciendo los trabajos.

Mezclar polvos residuales para crear un aditivo eficaz

Para abordar tanto la obstrucción como el impacto climático, los investigadores probaron agentes de curado compuestos por una mezcla de cemento común, cal y dos residuos de la industria del acero: escoria de acero y escoria de alto horno. En lugar de endurecer completamente el lodo hasta formar bloques semejantes al hormigón, el objetivo fue usar dosis muy bajas —alrededor del 1–5% de la masa seca del suelo— para crear un armazón semisólido capaz de soportar cargas al tiempo que dejara canales abiertos para que el agua escape. En el laboratorio recrearon primero el lodo acuoso y luego integraron distintas proporciones de los cuatro polvos. Midieron cuánto agua exudaba con el tiempo en cilindros altos y realizaron ensayos estándar de consolidación unidimensional, que cuantifican la rapidez y el grado de compresión del lodo bajo carga.

Encontrar el punto óptimo entre resistencia y drenaje

Las pruebas revelaron un umbral claro cerca de una dosificación total del 2%. Por debajo de ese nivel, el lodo permanecía demasiado blando y tendía a comprimirse mucho, aunque el drenaje mejoraba. Por encima de aproximadamente el 3%, la mezcla empezaba a comportarse como un sólido rígido: resistía compresiones adicionales pero también dejaba de expulsar gran cantidad de agua, lo cual es problemático para los sistemas de vacío que dependen del flujo. En torno al 2%, sin embargo, se formó un esqueleto semisólido. El lodo pudo soportar la carga aplicada y, al mismo tiempo, permitió el paso del agua. En comparación con lodo sin tratar, añadir 1% de cemento aumentó su permeabilidad aproximadamente al doble o al triple, mientras que 2% la incrementó unas cuatro o cinco veces —lo que significa que el agua puede escapar mucho más fácilmente, acelerando la mejora del terreno.

Hacer que el cemento rinda más con escorias de acero y de alto horno

El equipo se preguntó entonces si los subproductos industriales podían reemplazar la mayor parte del cemento sin sacrificar el rendimiento. Mantuvieron la dosificación total fija en 2% y fueron sustituyendo gradualmente el cemento por escoria de acero, escoria de alto horno y una pequeña cantidad de cal. Una formulación con aproximadamente 40% de escoria de acero ya mostró una estabilización más rápida en los ensayos de exudación. Cuando se añadió al conjunto un 40% de escoria y un 7–9% de cal, los resultados fueron especialmente prometedores: el lodo modificado mantenía una permeabilidad mayor —aproximadamente dos a tres veces la del lodo sin tratar— incluso bajo cargas más altas, y aun así se consolidaba eficazmente. De forma notable, esta mezcla de mejor rendimiento utilizó alrededor de un 80% menos de cemento que la referencia solo con cemento, manteniendo o mejorando el comportamiento de drenaje.

Cómo las partículas diminutas reconstruyen el esqueleto del suelo

A nivel microscópico, estos polvos alteran el lodo de dos maneras principales. Primero, los componentes ricos en calcio del cemento y la cal interactúan rápidamente con las superficies cargadas de las arcillas, provocando floculación: las partículas finas se agrupan en clústeres mayores, abriendo espacios porosos más amplios entre ellas para que el agua pueda moverse con más facilidad. Segundo, con el tiempo, las reacciones entre calcio, sílice y aluminio presentes en el suelo y las escorias industriales forman nuevos geles y minerales cristalinos, como el gel de silicato de calcio hidratado y la etringita de aspecto acicular. Estos productos ensamblan los clústeres floculados en un armazón estable que resiste la deformación a largo plazo sin taponar por completo las vías de drenaje. Las mezclas compuestas afinadas alcanzan un equilibrio entre construir ese armazón y preservar suficientes canales abiertos.

Construir de forma más limpia sobre nuevo terreno costero

En términos cotidianos, el estudio demuestra que podemos transformar el lodo acuoso de los puertos en terreno edificable de manera más eficiente y con una huella de carbono menor al “sazonarlo” con una pequeña mezcla bien elegida de polvos, la mayoría reciclados de la producción de acero. Una dosificación total de aproximadamente 2% crea un suelo semisólido y bien drenado que es menos propenso a obstruir los drenajes por vacío, se consolida más rápido y mantiene la resistencia. Sustituir la mayor parte del cemento por escoria de acero, escoria de alto horno y cal conserva ese rendimiento mientras reduce drásticamente el uso de cemento intensivo en energía. Para ciudades costeras que afrontan tanto la escasez de terreno como la presión de reducir emisiones, este enfoque ofrece una vía práctica y de menor carbono para expandirse de forma segura sobre terrenos recuperados.

Cita: Liu, Y., Zhang, H., Liu, X. et al. Hydromechanical behavior of dredged slurry modified with industrial waste composite curing agents. Sci Rep 16, 11217 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41409-2

Palabras clave: lodos dragados, preconsolidación por vacío, reutilización de residuos industriales, mejora del suelo, reclamación de terreno costero