Mejora del comportamiento a fatiga flexural y mecanismos de refuerzo del hormigón con caucho mediante el tratamiento previo del polvo de neumático

Convertir neumáticos viejos en carreteras más resistentes

Cada año, más de mil millones de neumáticos de vehículo llegan al final de su vida, generando un enorme problema de residuos. Este estudio explora una vía elegante para reciclar esos neumáticos: molerlos hasta obtener pequeñas partículas de caucho y mezclarlas en el hormigón. El objetivo es fabricar carreteras y losas de puentes que resistan mejor el ritmo continuo del tráfico, reduciendo al mismo tiempo el vertido en vertederos y apoyando una industria de la construcción con menor huella de carbono.

¿Por qué añadir caucho al hormigón?

El hormigón tradicional es fuerte pero frágil: funciona bien ante una carga pesada puntual, pero las solicitaciones repetidas del tráfico pueden debilitarlo progresivamente, provocando grietas y fallo eventual. Al reemplazar parte de la arena por “polvo de caucho” procedente de neumáticos usados, los ingenieros pueden dotar al material de cierta flexibilidad, como si se añadieran amortiguadores a escala microscópica. Investigaciones previas mostraron que este hormigón con caucho puede resistir mejor las cargas repetidas, pero a menudo a costa de una menor resistencia global. La cuestión central de este artículo es si el tratamiento previo del caucho antes de incorporarlo al hormigón puede conservar, o incluso mejorar, tanto la durabilidad frente a la fatiga como la resistencia mecánica básica.

Cómo se diseñaron los experimentos

Los investigadores produjeron una serie de mezclas de hormigón que solo diferían en la cantidad de polvo de caucho y en si ese caucho había sido pretratado. En todas las mezclas, pequeñas partículas de caucho de 1–2 milímetros sustituían en volumen parte de la arena fina, en niveles que iban del 2,5% hasta el 20%. Algunas mezclas usaron caucho sin tratar, mientras que otras emplearon caucho cuya superficie se modificó químicamente con un agente acoplante a base de silano. Este tratamiento hace que el caucho sea menos hidrofóbico y ayuda a que se adhiera con mayor firmeza al cemento circundante. El equipo midió propiedades estándar como la resistencia a compresión, la resistencia a tracción por división y la resistencia a la flexión, y luego realizó ensayos de fatiga flexural: experimentos de larga duración en los que vigas de hormigón se doblan repetidamente hasta la rotura.

Qué ocurre con la resistencia y la vida a fatiga

Como era de esperar, la adición de caucho redujo en general la resistencia a compresión y a tracción del hormigón, porque las partículas blandas y los poros de aire adicionales interrumpen el esqueleto mineral rígido. Sin embargo, el pretratamiento del caucho revirtió parcialmente esta pérdida. Por ejemplo, con un 7,5% de caucho pretratado, la resistencia a compresión fue un 15% mayor que con la misma cantidad de caucho sin tratar. En flexión, la carga máxima antes de la rotura disminuyó con más caucho, pero las vigas pudieron deformarse mucho más antes de romperse. Con contenidos de caucho del 5%, 10% y 15%, la flecha máxima fue aproximadamente 1,6, 2,1 y 2,5 veces la del hormigón normal, mostrando una clara ganancia en deformabilidad. Lo más importante para carreteras y losas de puente en condiciones reales, la vida a fatiga —el número de ciclos de carga soportados antes de la rotura— aumentó sustancialmente con el contenido de caucho. El hormigón con un 10% de caucho pretratado sobrevivió aproximadamente un 21% más de ciclos de carga que el hormigón de referencia. Las mezclas pretratadas superaron de manera consistente a las no tratadas al mismo nivel de caucho, especialmente a contenidos más altos.

Mirando al interior: los cambios microscópicos

Para entender por qué se producen estas mejoras, los autores examinaron la estructura interna del hormigón mediante microscopía electrónica y analizaron los datos de fatiga con una herramienta estadística conocida como distribución de Weibull. Las imágenes mostraron que el hormigón con caucho contiene muchas pequeñas burbujas de aire, partículas elásticas de caucho y zonas “débiles” alrededor de esas partículas. Estas características son perjudiciales para la resistencia puntual, pero valiosas bajo solicitaciones repetidas: actúan como pequeños cojines e interfaces deslizantes que absorben y disipan energía, ralentizando el crecimiento de microgrietas. En el hormigón con caucho sin tratar, la unión entre caucho y cemento es pobre, y las grietas pueden formarse y ensancharse fácilmente a lo largo de esa interfaz. Tras el pretratamiento, la zona de contacto se vuelve más densa y continua, reduciendo los defectos iniciales y permitiendo que el caucho elástico distribuya las tensiones de forma más homogénea. El análisis estadístico confirmó que, en muchos especímenes y niveles de esfuerzo, las mezclas con más —y especialmente con caucho pretratado— presentan vidas a fatiga esperadas más largas y mayor resistencia a la fatiga flexural.

Qué significa esto para futuras carreteras y puentes

Para un público no especializado, el mensaje esencial es simple: incorporar correctamente el caucho de neumáticos tratado en el hormigón puede producir pavimentos y losas de puente que duren más frente al tráfico, incluso si su resistencia puntual a compresión es algo menor. Las partículas de caucho convierten parte del hormigón rígido en una red controlada que absorbe energía, retrasando la aparición de grietas y extendiendo la vida útil. Combinando un tratamiento superficial cuidadoso del caucho con métodos de diseño estadístico, los ingenieros pueden ajustar las mezclas para equilibrar resistencia, durabilidad y sostenibilidad. En términos prácticos, este enfoque ofrece una vía prometedora para convertir el creciente problema de residuos de neumáticos en infraestructuras más resistentes y con mayor resistencia a la fatiga.

Cita: Han, X., Cheng, Z., Yang, L. et al. Improved flexural fatigue behavior and strengthening mechanisms of rubberized concrete using pretreated crumb rubber. Sci Rep 16, 5576 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36416-2

Palabras clave: hormigón con caucho, reciclaje de neumáticos usados, resistencia a la fatiga, pavimentos sostenibles, tratamiento de polvo de caucho