Evaluación experimental y mediante aprendizaje automático de la resistencia del hormigón con caucho molido a temperaturas elevadas

Convertir neumáticos viejos en edificios más seguros

Montones de neumáticos desgastados se acumulan en todo el mundo, ocupando espacio en vertederos y planteando riesgos de incendio. Una idea prometedora es triturar estos neumáticos en pequeñas migas y mezclarlas con el hormigón, creando edificios y carreteras que reutilizan residuos en lugar de arena natural. Este estudio explora cómo se comporta ese hormigón con caucho molido cuando se somete a temperaturas muy altas, como durante un incendio, y muestra cómo las herramientas informáticas modernas pueden ayudar a los ingenieros a predecir su resistencia sin tener que ensayar cada formulación en el laboratorio.

De las pilas de residuos a la mezcla de hormigón

Los investigadores comienzan analizando por qué el caucho de los neumáticos en el hormigón es atractivo y problemático a la vez. Las partículas de caucho pueden hacer el hormigón más ligero, mejorar su capacidad de absorber impactos y aumentar su resistencia a fracturas súbitas. Sin embargo, también debilitan el material porque el caucho no se adhiere bien a la pasta de cemento endurecida. Esta unión débil, junto con bolsas de aire adicionales alrededor del caucho, tiende a reducir tanto la carga que puede soportar el hormigón como su comportamiento a tracción. Estudios anteriores ensayaron muchas mezclas con caucho, pero seguía sin existir una forma clara y fiable de predecir cómo se comportarían estas mezclas bajo distintas temperaturas y condiciones de curado.

Calentando hormigón con caucho en el laboratorio

Para abordar este problema, el equipo fabricó varias mezclas de hormigón en las que parte de la arena fina se sustituyó por caucho molido en proporciones del 10, 20 y 30 por ciento. Conformaron probetas cilíndricas, las dejaron fraguar y luego las expusieron a distintas temperaturas de hasta 200 grados Celsius antes de aplastarlas y partirlas para medir la resistencia a compresión y a tracción. Como era de esperar, añadir más caucho redujo la resistencia a temperatura ambiente, porque el hormigón se volvió menos denso y las partículas de caucho formaron conexiones más débiles en el armazón interno. El calentamiento empeoró la situación en la mayoría de los casos: a medida que el caucho comenzó a descomponerse y a expandirse, se generaron más pequeños huecos y microgrietas, que erosionaron aún más la resistencia, especialmente en las mezclas con mayor contenido de caucho.

Enseñar a los ordenadores a predecir la resistencia

En lugar de fiarse solo de nuevos ensayos, los investigadores también reunieron una gran base de datos con más de mil mezclas de hormigón con caucho publicadas en estudios previos. Para cada mezcla registraron ingredientes como cemento, adiciones pulverulentas, contenido de caucho, nivel de agua, temperatura de curado y edad, junto con las resistencias medidas a compresión y tracción. A continuación entrenaron nueve modelos diferentes de aprendizaje automático para aprender la relación entre la receta y la resistencia resultante. Enfoques sofisticados como XGBoost, Light Gradient Boosting y un tipo de red neuronal llamada perceptrón multicapa ofrecieron las predicciones más precisas, con resultados que concordaron estrechamente con los valores de ensayo reales tanto en compresión como en tracción.

Ver qué ingredientes son los más importantes

Para interpretar estas predicciones digitales, el equipo utilizó un método de interpretabilidad que asigna a cada entrada una cuota de responsabilidad en la respuesta final. Esto reveló que la proporción de árido fino sustituida por caucho, la cantidad de agua en relación con el cemento y la edad del hormigón son los factores que más influyen en la resistencia a compresión y tracción. La sustitución por caucho fino destacó especialmente, confirmando que cambiar las partículas más pequeñas dentro de la mezcla tiene un gran efecto en el comportamiento del material. Otros aditivos, como la humo de sílice, resultaron útiles pero menos determinantes, mientras que la temperatura de curado dentro del rango estudiado jugó un papel menor de lo esperado en la base de datos combinada.

Qué significa esto para una construcción más ecológica

Para quienes no son especialistas, el mensaje clave es que usar neumáticos triturados en el hormigón puede ayudar a reducir residuos, pero normalmente disminuye la resistencia, especialmente cuando el material se expone a altas temperaturas. El estudio muestra que esta pérdida puede gestionarse si los ingenieros saben exactamente cuánta resistencia esperar para una mezcla y temperatura dadas. Al combinar ensayos de laboratorio cuidadosos con potentes modelos informáticos, los autores ofrecen una herramienta que puede estimar rápidamente cómo se comportará el hormigón con caucho molido, orientando diseños más seguros y un uso más inteligente de materiales reciclados en edificios que deben afrontar tanto cargas cotidianas como posibles incendios.

Cita: Alameri, M., Alsulami, B.T. Experimental and machine learning evaluation of crumb rubber concrete strength at elevated temperatures. Sci Rep 16, 15616 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44147-7

Palabras clave: hormigón con caucho molido, reciclaje de neumáticos, temperatura elevada, modelos de aprendizaje automático, resistencia del hormigón