Avaliação experimental e por aprendizado de máquina da resistência do concreto com borracha moída em temperaturas elevadas

Transformando Pneus Velhos em Edifícios Mais Seguros

Montanhas de pneus usados estão se acumulando ao redor do mundo, ocupando espaço em aterros e apresentando risco de incêndio. Uma ideia promissora é triturar esses pneus em pequenas partículas e incorporá‑las ao concreto, criando estradas e edificações que reaproveitam resíduos em vez de explorar areia natural. Este estudo explora como esse concreto com borracha moída se comporta quando exposto a altas temperaturas, como durante um incêndio, e mostra como ferramentas computacionais modernas podem ajudar engenheiros a prever sua resistência sem testar todas as receitas em laboratório.

De Pilhas de Resíduos à Mistura de Concreto

Os pesquisadores começam examinando por que a borracha de pneus no concreto é ao mesmo tempo atraente e problemática. As partículas de borracha podem tornar o concreto mais leve, melhor absorvente de impacto e mais resistente a rupturas súbitas. Entretanto, também enfraquecem o material porque a borracha não adere bem à pasta de cimento endurecida. Essa ligação fraca, junto com bolsões de ar ao redor da borracha, tende a reduzir tanto a capacidade de carga do concreto quanto sua resistência à tração. Estudos anteriores testaram muitas misturas com borracha, mas ainda não havia um modo claro e confiável de prever como essas misturas se comportariam sob diferentes temperaturas e condições de cura.

Aquecendo o Concreto com Borracha no Laboratório

Para enfrentar esse problema, a equipe produziu várias misturas de concreto nas quais parte da areia fina foi substituída por borracha moída em teores de 10, 20 e 30 por cento. Eles moldaram corpos cilíndricos, deixaram‑nos endurecer e depois os expuseram a diferentes temperaturas de até 200 graus Celsius antes de submetê‑los à compressão e ao ensaio de tração por fissuração para medir resistência à compressão e à tração. Como esperado, aumentar a quantidade de borracha reduziu a resistência à temperatura ambiente, porque o concreto tornou‑se menos denso e as partículas de borracha formaram ligações mais fracas na estrutura interna. O aquecimento agravou a situação na maioria dos casos: à medida que a borracha começava a decompor‑se e expandir‑se, criavam‑se mais pequenos vazios e microtrincas, erodindo ainda mais a resistência, especialmente nas misturas com maior teor de borracha.

Ensinando Computadores a Prever a Resistência

Em vez de depender apenas de novos testes, os pesquisadores também reuniram um grande banco de dados com mais de mil misturas de concreto com borracha relatadas em estudos anteriores. Para cada mistura, registraram ingredientes como cimento, pós suplementares, teor de borracha, nível de água, temperatura de cura e idade, junto com as resistências medidas à compressão e à tração. Em seguida, treinaram nove modelos diferentes de aprendizado de máquina para aprender a relação entre a receita e a resistência resultante. Abordagens sofisticadas como XGBoost, Light Gradient Boosting e um tipo de rede neural chamada perceptron multicamada produziram as previsões mais precisas, com resultados muito próximos aos valores de ensaio reais tanto para compressão quanto para tração.

Vendo Quais Ingredientes Importam Mais

Para interpretar essas previsões digitais, a equipe usou um método de interpretabilidade que atribui a cada entrada uma parcela de responsabilidade pela resposta final. Isso revelou que a proporção de agregados finos substituída por borracha, a quantidade de água em relação ao cimento e a idade do concreto são os fatores que mais influenciam a resistência à compressão e à tração. A substituição por borracha fina destacou‑se especialmente, confirmando que alterar as partículas menores dentro da mistura tem grande efeito no comportamento do material. Outros aditivos, como fumaça de sílica, foram úteis, mas menos dominantes, enquanto a temperatura de cura dentro da faixa estudada teve um papel menor do que o esperado na base de dados combinada.

O Que Isso Significa para Construções Mais Sustentáveis

Para não especialistas, a mensagem principal é que usar pneus triturados no concreto pode ajudar a reduzir resíduos, mas normalmente reduzirá a resistência, particularmente quando o material é exposto a temperaturas elevadas. O estudo mostra que essa perda pode ser gerenciada se os engenheiros souberem exatamente quanta resistência esperar para uma dada mistura e temperatura. Ao combinar testes laboratoriais cuidadosos com modelos computacionais potentes, os autores fornecem uma ferramenta que pode estimar rapidamente o desempenho do concreto com borracha moída, orientando projetos mais seguros e um uso mais inteligente de materiais reciclados em edificações que devem resistir tanto às cargas do dia a dia quanto a possíveis incêndios.

Citação: 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

Palavras-chave: concreto com borracha moída, reciclagem de pneus, temperatura elevada, modelos de aprendizado de máquina, resistência do concreto