Características mecánicas, microestructurales y de vibración libre del hormigón reforzado con fibras de PVC recicladas procedentes de residuos electrónicos

Convertir cables viejos en hormigón más resistente y silencioso

Cada año se acumulan montañas de cables eléctricos desechados, planteando un problema de residuos en aumento. Este estudio explora una vía inesperada para dar una segunda vida a parte de ese material: trocear los cables con recubrimiento plástico y mezclarlos en el hormigón. Los investigadores querían saber si estas fibras recicladas no solo podrían aumentar la resistencia del hormigón, sino también ayudar a que edificios e infraestructuras vibren menos por el tráfico, el viento o la maquinaria.

Del vertedero de residuos electrónicos al material de construcción

El equipo partió de cables eléctricos destinados a la eliminación. Despojaron el revestimiento exterior y cortaron los conductores de cobre aislados en piezas cortas de 30 o 50 milímetros de longitud. En la mezcla de hormigón, estos trozos actúan como hilos de refuerzo diminutos, con el recubrimiento plástico (PVC) en contacto con el cemento mientras el núcleo de cobre permanece incrustado en el interior. Los investigadores prepararon un hormigón estándar de alta calidad y luego fabricaron varias versiones con diferentes cantidades de estas fibras, además de una mezcla “control” sin fibras para comparar. Moldearon cubos para ensayos de compresión, vigas para ensayos de flexión y vigas más largas para estudiar cómo se comporta el material al vibrar libremente tras ser desplazado y liberado.

Equilibrar la resistencia: compresión y flexión

Cuando los cubos de hormigón fueron comprimidos, un contenido moderado de fibra del 0,8 por ciento en peso ofreció la máxima resistencia a la compresión, aproximadamente un 8 por ciento superior al hormigón sin fibras. Añadir más fibras más allá de ese punto debilitó levemente el material bajo compresión pura, probablemente porque las fibras adicionales empezaron a apelmazarse y a crear pequeños puntos débiles o poros extras. En los ensayos de flexión, sin embargo, la historia se invierte. A medida que el contenido de fibras aumentó hasta el 1,2 por ciento, las vigas mejoraron de forma sostenida su capacidad para resistir grietas, ganando más del 22 por ciento de resistencia a la flexión respecto al control. Las fibras más largas (50 milímetros) proporcionaron un impulso adicional en el comportamiento a flexión comparadas con las más cortas, porque su mayor “anclaje” en el hormigón les ayuda a salvar grietas más anchas y a absorber más energía antes de extraerse.

Silenciar vibraciones en estructuras cotidianas

Muchas estructuras de hormigón—suelos industriales, cimentaciones bajo maquinaria pesada, carreteras elevadas—están constantemente sometidas a vibraciones por cargas en movimiento. La capacidad de un material para disipar ese movimiento se resume en su razón de amortiguamiento: un valor mayor significa que las vibraciones se atenúan más rápido. Los investigadores fijaron un extremo de cada viga como una tabla de salto, tiraron hacia abajo del extremo libre con una fuerza conocida y lo soltaron. Usando un pequeño sensor de movimiento conectado a un microcontrolador económico, registraron cómo la viga vibrante iba perdiendo energía hasta quedar en reposo. Ajustando el movimiento medido a un modelo simple de “onda decreciente”, extrajeron la rapidez con que se perdía energía. Las vigas con mayor contenido de fibras (1,2 por ciento) mostraron razones de amortiguamiento hasta aproximadamente un 7,5 por ciento superiores al hormigón sin fibras, especialmente a amplitudes de vibración mayores. La longitud de la fibra ayudó algo: las fibras más largas aumentaron el amortiguamiento en un par de puntos porcentuales, pero la cantidad de fibra fue más determinante.

Qué ocurre dentro del hormigón

Para ver lo que sucedía a escala microscópica, el equipo examinó piezas fracturadas de los especímenes de ensayo con un microscopio electrónico de barrido. Encontraron una pasta de cemento densa y bien formada rodeando las fibras, con las estructuras cristalinas típicas que se desarrollan al fraguar el hormigón. En los límites donde las fibras contactaban con el cemento observaron pasta endurecida adherida a las superficies de las fibras y señales de separación controlada y extracción. En algunos casos, el recubrimiento plástico se había desprendido parcialmente del núcleo de cobre durante el agrietamiento. Estas características apuntan a una interfaz resistente por fricción: cuando las grietas intentan abrirse, las fibras se estiran, se deslizan y se van extrayendo gradualmente, convirtiendo energía mecánica en calor inocuo y daño microscópico en lugar de permitir una fractura frágil y repentina o vibraciones prolongadas.

Por qué esto importa para una construcción más verde e inteligente

En términos sencillos, esta investigación muestra que hilos aislados finamente picados procedentes de residuos electrónicos pueden ayudar al hormigón a hacer dos cosas valiosas a la vez: resistir mejor las grietas por flexión y atenuar ligeramente las vibraciones, todo mientras se aprovecha una corriente de residuos problemática. Existe un punto óptimo en la cantidad de fibra a añadir: alrededor del 0,8 por ciento para preservar la resistencia a compresión, y hasta aproximadamente el 1,2 por ciento si el control de vibraciones y la resistencia a grietas son prioridades. Aunque hacen falta ensayos más detallados para separar completamente el comportamiento del material del arreglo experimental, los resultados sugieren que convertir cables viejos en refuerzos microscópicos podría ser un paso práctico hacia estructuras de hormigón más robustas, silenciosas y sostenibles.

Cita: Admasu, M.B., Gissila, B., Aklilu, A. et al. Mechanical, microstructural, and free-vibration characteristics of concrete reinforced with recycled E-waste PVC fibers. Sci Rep 16, 14325 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44699-8

Palabras clave: hormigón reciclado, fibras de residuos electrónicos, refuerzo con fibra de PVC, amortiguación de vibraciones, construcción sostenible