Evaluación mecánica y de durabilidad del hormigón con polvo de mármol y fibras respaldada por predicción mediante ML

Convertir los residuos de la construcción en un recurso útil

El hormigón es la columna vertebral de las ciudades modernas, pero la producción de su ingrediente clave, el cemento, libera grandes cantidades de dióxido de carbono. Al mismo tiempo, las industrias generan enormes cantidades de polvo de mármol y residuos plásticos que son difíciles de eliminar de forma segura. Este estudio explora si esos dos problemas pueden ayudarse mutuamente: ¿se pueden incorporar polvo de mármol residual y fibras de plástico reciclado en el hormigón para hacerlo no solo más ecológico, sino también más resistente y duradero, con la ayuda de herramientas modernas de aprendizaje automático?

Mezclando polvo de piedra e hilos plásticos en el hormigón

Los investigadores se centraron en dos materiales de desecho. El polvo de mármol, un polvo fino rico en carbonato de calcio, procede del corte y pulido de la piedra. Las fibras de polipropileno son filamentos cortos obtenidos de productos plásticos desechados. En el estudio, parte del cemento de un hormigón estructural estándar se sustituyó por polvo de mármol en niveles de 0 a 20 por ciento, mientras que las fibras se añadieron en pequeñas fracciones volumétricas de 0 a 1 por ciento. Esto creó 25 combinaciones de mezcla diferentes, todas preparadas con los mismos áridos y contenido de agua para que cualquier cambio de comportamiento pudiera atribuirse al polvo y a las fibras.

Ensayando resistencia, fisuración y resistencia al agua

Cada mezcla fue sometida a una serie completa de ensayos que imitan las exigencias reales sobre un edificio. El equipo midió la facilidad con la que el hormigón fresco fluía en los moldes y comprobó su peso y compacidad. Tras el curado, probaron la presión que el hormigón podía soportar antes de triturarse, cómo resistía al esfuerzo de tracción o flexión y con qué facilidad el agua podía filtrarse o atravesarlo. También expusieron especímenes a soluciones ácidas para ver la rapidez de su degradación. Esta visión amplia permitió a los autores identificar no solo las mezclas más fuertes, sino aquellas que equilibraban resistencia, durabilidad y trabajabilidad.

Encontrando el punto óptimo de rendimiento

Los resultados mostraron que el polvo de mármol y las fibras plásticas pueden actuar de forma complementaria, hasta cierto punto. Un contenido moderado de polvo, alrededor del 10 por ciento del cemento, ayudó a que las partículas finas llenaran los huecos microscópicos del hormigón, compactándolo más y aumentando la resistencia. Al mismo tiempo, fibras en torno al 0,6–0,8 por ciento en volumen actuaron como pequeñas costuras que mantenían unidas las microgrietas bajo carga, elevando la resistencia a la fendedura y a la flexión en aproximadamente una cuarta a un tercio respecto al hormigón ordinario. Estas combinaciones también absorbieron menos agua y permitieron un paso más lento de la misma, indicios de una estructura interna más densa y duradera. Sin embargo, cuando cualquiera de los ingredientes se incrementó en exceso, la mezcla se volvió más difícil de manejar, atrapó más aire y perdió resistencia gradualmente.

Dejar que los algoritmos guíen diseños de mezclas más verdes

En lugar de confiar solo en prueba y error, el equipo entrenó varios modelos de aprendizaje automático con sus datos experimentales. Estos algoritmos aprendieron cómo los cambios en el polvo de mármol, el contenido de fibras y otras variables de la mezcla afectaban propiedades clave como la resistencia, la absorción de agua y la permeabilidad. Los modelos con mejor rendimiento, basados en redes neuronales artificiales y bosques aleatorios, reprodujeron los resultados de ensayo con gran fidelidad. Luego se utilizaron dentro de una rutina de optimización para explorar el espacio de diseño en busca de la receta más equilibrada. El óptimo sugerido por el modelo —aproximadamente 10 por ciento de polvo de mármol y 0,6 por ciento de fibras— coincidió con el “punto óptimo” observado experimentalmente, confirmando que las herramientas basadas en datos pueden dirigir de forma fiable futuros diseños de hormigón ecológico sin campañas de laboratorio exhaustivas.

Lo que esto significa para los edificios del futuro

Para el público general, la conclusión es clara: el hormigón no tiene por qué ser una mezcla simple de piedra, arena y cemento. Incorporando de forma inteligente residuos industriales como el polvo de mármol y fibras plásticas recicladas, los ingenieros pueden reducir el uso de cemento, dar mejor uso a los desechos y, al mismo tiempo, crear hormigón que fisure menos y repela el agua con mayor eficacia. Este estudio muestra que los mejores resultados provienen de proporciones cuidadosamente equilibradas y que la inteligencia artificial puede ayudar a identificar esos equilibrios. Si se adoptaran ampliamente, tales mezclas optimizadas podrían reducir gradualmente la huella ambiental de la construcción y mejorar la resiliencia de las estructuras de las que dependemos cada día.

Cita: Sai, A.N., Sakthivel, M., Arunvivek, G.K. et al. Mechanical and durability assessment of marble dust–fiber concrete supported by ML prediction. Sci Rep 16, 10106 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40874-z

Palabras clave: hormigón sostenible, polvo de mármol, fibras de plástico reciclado, durabilidad, aprendizaje automático