Melhorando o comportamento mecânico e ao cisalhamento de solo argiloso usando cal, Nano-MgO e fibras de PET reciclado: avaliação experimental e baseada em UPV

Construindo sobre terreno mole

Muitas cidades estão se expandindo sobre terrenos recobertos por solos argilosos que são naturalmente fracos e suscetíveis a inchamento, encolhimento e fissuração. Esses solos podem fazer com que estradas se desfaçam, tubulações vazem e fundações tiltem ao longo do tempo. Este estudo explora uma forma mais limpa e inteligente de transformar argila problemática em uma base mais resistente e confiável para construções — ao mesmo tempo em que reduz emissões de carbono e reutiliza garrafas plásticas como resíduo.

Uma nova receita para solo mais resistente

Os pesquisadores concentraram-se em uma argila de alta plasticidade, um tipo particularmente problemático que altera seu volume quando úmida ou seca. Tradicionalmente, engenheiros misturam esse tipo de solo com cal para enrijecê-lo e estabilizá-lo. A cal funciona bem, mas sua produção libera grandes quantidades de dióxido de carbono. Para reduzir essa pegada e melhorar o desempenho, a equipe desenvolveu uma mistura tripartida: cal, óxido de magnésio em nanoescala (nano-MgO) ultrafino e fibras curtas feitas de polietileno tereftalato (PET) reciclado, o plástico usado em garrafas de bebida. A ideia é que a cal e o nano-MgO cimentem quimicamente os grãos do solo, enquanto as fibras de PET atuem como pequenos fios de reforço que mantêm a mistura unida quando ela racha ou se deforma.

Como o solo foi testado

Amostras de argila foram misturadas com diferentes quantidades de cal, nano-MgO e fibras de PET, então compactadas e deixadas curar por até 90 dias. A equipe mediu quão bem cada mistura resistia à compressão (resistência à compressão não confinada), à tração (resistência indireta à tração) e ao cisalhamento (ensaios diretos de corte que revelam atrito e coesão). Também utilizaram a velocidade de pulso ultrassônico (UPV): ondas sonoras foram enviadas através das amostras e a velocidade de propagação foi registrada. Ondas mais rápidas indicam uma estrutura interna mais densa e contínua. Ao contrário dos ensaios tradicionais de resistência, o UPV é não destrutivo, abrindo a possibilidade de verificar rapidamente a qualidade do solo em campo sem destruir as amostras.

Encontrando o ponto ideal

Os experimentos mostraram que existe um claro “ponto ideal” nas proporções da mistura. Aumentar o teor de cal melhorou a resistência até cerca de 10% em peso seco do solo; além disso, cálculos adicionais formaram cristais fracos que, na verdade, tornaram o solo menos robusto. Substituir uma pequena parcela dessa cal — cerca de 2% do peso da cal — por nano-MgO aumentou ainda mais a resistência e a rigidez. Após 90 dias, essa mistura de cal com nano elevou a resistência à compressão em mais de oito vezes em comparação com a argila não tratada e em aproximadamente 40 a 50% em relação à cal isolada. A adição de 0,9% de fibras de PET em peso do solo forneceu então um ganho extra, especialmente na resistência a fissuras e falha por tração, embora adicionar mais fibras que isso oferecesse pouco benefício adicional e pudesse até criar zonas fracas se as fibras se aglomerassem.

Vendo o interior do solo

Imagens ao microscópio e de superfície confirmaram o que os ensaios mecânicos sugeriram. A argila não tratada parecia solta e porosa, com partículas em placas e muitos vazios. Em contraste, amostras com 10% de cal e 2% de nano-MgO mostraram uma estrutura densa: os grãos de argila estavam revestidos e ligados por produtos de reação em forma de gel que preencheram os poros e conectaram as partículas. As fibras de PET foram observadas atravessando essa matriz, com solo cimentado aderido às suas superfícies, formando uma rede tridimensional que ajudou a distribuir cargas e impedir a propagação de fissuras. As medições de UPV acompanharam de perto essas mudanças internas. À medida que o solo se tornava mais denso e melhor ligado, as ondas ultrassônicas viajaram mais rápido. O estudo encontrou fortes relações matemáticas entre a velocidade das ondas e propriedades-chave, como resistência, coesão e ângulo de atrito, sugerindo que o UPV pode ser usado para estimar o grau de estabilização do solo sem destruir amostras.

Por que isso importa para projetos do mundo real

Para engenheiros e planejadores, a mistura otimizada — 10% de cal, 2% de nano-MgO e 0,9% de fibras de PET reciclado — oferece um equilíbrio promissor entre desempenho, custo e sustentabilidade. Ela aumenta significativamente a resistência e a resistência ao cisalhamento, ajudando fundações e estruturas de terra a assentarem com mais segurança sobre argila, ao mesmo tempo em que reduz a quantidade de cal necessária e dá uma segunda vida útil ao plástico descartado. A capacidade de monitorar a qualidade do solo usando testes ultrassônicos simples também pode tornar o controle de qualidade mais rápido e barato em canteiros de obras. Embora o estudo tenha sido realizado em condições laboratoriais controladas e ainda precise de validação em escala de campo sob ciclos reais de clima e carregamento, aponta para maneiras mais duráveis e ambientalmente conscientes de construir sobre terrenos desafiadores.

Citação: Amiri, A.A., Ranjbar Malidarreh, N., Soleimani Kutanaei, S. et al. Enhancing the mechanical and shear behavior of clay soil using lime, Nano-MgO, and recycled PET fibers: experimental and UPV-based assessment. Sci Rep 16, 7548 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38956-z

Palavras-chave: estabilização de solo argiloso, nano-MgO, fibras de PET reciclado, ensaios ultrassônicos, engenharia geotécnica