Melhoria do comportamento à fadiga flexural e mecanismos de reforço do concreto com borracha usando borracha granulada pré‑tratada

Transformando Pneus Velhos em Estradas Mais Resistentes

Cada ano, mais de um bilhão de pneus de veículos chegam ao fim de sua vida útil, gerando um problema de resíduos em grande escala. Este estudo explora uma forma elegante de reciclar esses pneus: triturá‑los em pequenas partículas de borracha e incorporá‑las ao concreto. O objetivo é produzir rodovias e tabuleiros de pontes que resistam melhor ao ritmo incessante do tráfego, ao mesmo tempo em que reduzem o volume de aterros e apoiam uma indústria da construção com menor emissão de carbono.

Por que adicionar borracha ao concreto?

O concreto tradicional é resistente mas frágil: ele se comporta bem sob uma carga pesada pontual, porém o carregamento repetido do tráfego pode enfraquecê‑lo gradualmente, levando a fissuras e falha eventual. Ao substituir parte da areia do concreto por “borracha granulada” obtida de pneus usados, os engenheiros podem conferir ao material um pouco de flexibilidade, como se adicionassem amortecedores em escala microscópica. Pesquisas anteriores mostraram que esse concreto com borracha pode resistir melhor ao carregamento repetido, porém frequentemente à custa de menor resistência global. A questão central deste trabalho é saber se o pré‑tratamento da borracha antes de misturá‑la ao concreto pode preservar — ou mesmo melhorar — tanto a durabilidade sob fadiga quanto a resistência mecânica básica.

Como os experimentos foram montados

Os pesquisadores produziram uma série de traços de concreto que diferiam apenas na quantidade de borracha granulada e se essa borracha havia sido pré‑tratada. Em todos os traços, pequenas partículas de borracha de 1–2 milímetros substituíram parcialmente a areia fina por volume, em níveis variando de 2,5% até 20%. Alguns traços usaram borracha não tratada, enquanto outros usaram borracha cuja superfície foi modificada quimicamente com um agente de acoplamento à base de silano. Esse tratamento torna a borracha menos repelente à água e ajuda na ligação mais firme com o cimento circundante. A equipe mediu propriedades padrão, como resistência à compressão, resistência à tração por compressão diametral e resistência à flexão, e então realizou ensaios de fadiga flexural: experimentos de longa duração em que vigas de concreto são repetidamente flexionadas até a falha.

O que acontece com a resistência e a vida à fadiga

Como esperado, a adição de borracha reduziu em geral a resistência à compressão e à tração do concreto, porque partículas mais macias e bolsões de ar extras interrompem o esqueleto mineral rígido. No entanto, o pré‑tratamento da borracha reverteu parcialmente essa perda. Por exemplo, quando 7,5% de borracha pré‑tratada foi usada, a resistência à compressão foi 15% maior do que com a mesma quantidade de borracha não tratada. Em flexão, a carga máxima antes da ruptura diminuiu com mais borracha, mas as vigas puderam se deformar muito mais antes de quebrar. Com 5%, 10% e 15% de borracha, a deflexão máxima foi cerca de 1,6, 2,1 e 2,5 vezes a do concreto normal, mostrando um ganho claro em deformabilidade. O mais importante para estradas e tabuleiros de pontes do mundo real é que a vida à fadiga — o número de ciclos de carga suportados antes da falha — aumentou substancialmente com o teor de borracha. Concreto com 10% de borracha pré‑tratada suportou cerca de 21% mais ciclos de carga do que o concreto de referência. Misturas pré‑tratadas superaram consistentemente as não tratadas no mesmo nível de borracha, especialmente em teores mais elevados.

Observando internamente as mudanças microscópicas

Para entender por que essas melhorias ocorrem, os autores analisaram a estrutura interna do concreto com microscopia eletrônica e examinaram os dados de fadiga com uma ferramenta estatística conhecida como distribuição de Weibull. As imagens mostraram que o concreto com borracha contém muitas pequenas bolhas de ar, partículas elásticas de borracha e zonas “fracas” ao redor dessas partículas. Essas características são prejudiciais para a resistência pontual, mas valiosas sob carregamento repetido: atuam como pequenas almofadas e interfaces de deslizamento que absorvem e dissipam energia, retardando o crescimento de microfissuras. No concreto com borracha não tratada, a ligação entre borracha e cimento é pobre, e fissuras podem se formar e alargar facilmente ao longo dessa interface. Após o pré‑tratamento, a zona de contato torna‑se mais densa e contínua, reduzindo defeitos iniciais e permitindo que a borracha elástica distribua as tensões de forma mais uniforme. A análise estatística confirmou que, ao longo de muitas amostras e níveis de tensão, traços com maior — e especialmente pré‑tratada — quantidade de borracha apresentam expectativa de vida à fadiga mais longa e maior resistência à fadiga flexural.

O que isso significa para estradas e pontes futuras

Para um público não especialista, a mensagem central é simples: misturar borracha de pneus devidamente tratada ao concreto pode produzir pavimentos e tabuleiros de pontes que duram mais sob o tráfego, mesmo que sua resistência pontual à compressão seja um pouco menor. As partículas de borracha transformam parte do concreto rígido em uma rede controlada de absorção de energia que atrasa a fissuração e estende a vida útil. Ao combinar o tratamento superficial cuidadoso da borracha com métodos de projeto estatísticos, os engenheiros podem ajustar traços que equilibram resistência, durabilidade e sustentabilidade. Em termos práticos, essa abordagem oferece um caminho promissor para converter o crescente problema de resíduos de pneus em infraestrutura mais resistente e com maior resistência à fadiga.

Citação: 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

Palavras-chave: concreto com borracha, reciclagem de pneus usados, resistência à fadiga, pavimentos sustentáveis, tratamento de borracha granulada