Características mecânicas, microestruturais e de vibração livre do concreto reforçado com fibras de PVC recicladas de resíduos eletrônicos

Transformando Cabos Velhos em Concreto Mais Forte e Mais Silencioso

Cada ano, montanhas de cabos elétricos descartados se acumulam, criando um problema crescente de resíduos. Este estudo explora uma maneira inesperada de dar uma segunda vida a parte desse material: cortar os fios revestidos de plástico e incorporá-los ao concreto. Os pesquisadores queriam saber se essas fibras recicladas poderiam não apenas tornar o concreto mais resistente, mas também ajudar edifícios e infraestruturas a vibrarem menos sob tráfego, vento ou máquinas.

Do Monte de Resíduos Eletrônicos ao Material de Construção

A equipe começou com cabos elétricos destinados ao descarte. Eles removeram a camada externa e cortaram os condutores de cobre isolados em pedaços curtos de 30 ou 50 milímetros de comprimento. Na mistura de concreto, esses pedaços atuam como minúsculos fios de reforço, com o revestimento plástico (PVC) em contato com o cimento enquanto o núcleo de cobre permaneceu encapsulado. Os pesquisadores prepararam um concreto padrão de alta qualidade e então produziram várias versões contendo diferentes quantidades dessas fibras, além de uma mistura “controle” sem fibras para comparação. Eles moldaram cubos para ensaios de compressão, vigas para testes de flexão e vigas mais longas para estudar o comportamento do material quando vibra livremente após ser deslocado e liberado.

Equilibrando Resistência: Compressão e Flexão

Quando os cubos de concreto foram submetidos à compressão, um teor moderado de fibras de 0,8 por cento em peso forneceu a maior resistência à compressão, cerca de 8 por cento acima do concreto simples. A adição de mais fibras além desse ponto enfraqueceu ligeiramente o material sob compressão pura, provavelmente porque o excesso de fibras começou a aglomerar-se e criar pequenos pontos fracos ou poros extras. Nos ensaios de flexão, no entanto, o quadro se inverteu. À medida que o teor de fibras aumentou até 1,2 por cento, as vigas tornaram-se progressivamente melhores em resistir a fissuras, alcançando mais de 22 por cento a mais de resistência flexional que o controle. Fibras mais longas (50 milímetros) proporcionaram um impulso extra no desempenho à flexão em comparação com as mais curtas, pois seu maior “enraizamento” no concreto ajuda a transpassar fissuras mais largas e absorver mais energia antes de se desprenderem.

Silençando Vibrações em Estruturas do Dia a Dia

Muitas estruturas de concreto — pisos industriais, fundações sob máquinas pesadas, vias elevadas — são constantemente agitadas por cargas móveis. A capacidade de um material de dissipar esse movimento é capturada pela sua razão de amortecimento: um valor mais alto significa que as vibrações cessam mais rápido. Os pesquisadores prenderam uma extremidade de cada viga como um trampolim, puxaram a extremidade livre com uma força conhecida e liberaram. Usando um pequeno sensor de movimento ligado a um microcontrolador econômico, registraram como a viga vibrante gradualmente voltava ao repouso. Ajustando o movimento medido a um modelo simples de “onda decrescente”, extrairam a rapidez com que a energia era perdida. As vigas com maior teor de fibras (1,2 por cento) mostraram razões de amortecimento até cerca de 7,5 por cento maiores que o concreto simples, especialmente em amplitudes de vibração maiores. O comprimento da fibra ajudou levemente — fibras mais longas aumentaram o amortecimento em alguns pontos percentuais — mas a quantidade de fibra teve maior influência.

O Que Acontece Dentro do Concreto

Para entender o que ocorria em escala microscópica, a equipe examinou pedaços quebrados das amostras de teste usando um microscópio eletrônico de varredura. Encontraram uma pasta de cimento densa e bem formada envolvendo as fibras, com estruturas cristalinas típicas que se desenvolvem à medida que o concreto endurece. Nas interfaces onde as fibras encontravam o cimento, observaram pasta endurecida aderida às superfícies das fibras e sinais de separação controlada e arrancamento. Em alguns casos, o revestimento plástico havia sido parcialmente arrancado do núcleo de cobre durante o processo de fissuração. Essas características indicam uma interface friccional e resistente: à medida que as fissuras tentam abrir, as fibras esticam, deslizam e gradualmente se desprendem, convertendo a energia mecânica em calor inofensivo e dano microscópico em vez de permitir fraturas frágeis súbitas ou vibrações de longa duração.

Por Que Isso Importa para uma Construção Mais Verde e Inteligente

Em termos simples, esta pesquisa mostra que fios isolados e finamente picados provenientes de resíduos eletrônicos podem ajudar o concreto a cumprir duas funções valiosas ao mesmo tempo: resistir melhor a fissuras por flexão e atenuar ligeiramente as vibrações, tudo isso aproveitando um fluxo de resíduos problemático. Existe uma faixa ideal na quantidade de fibra a ser adicionada: cerca de 0,8 por cento para preservar a resistência à compressão e até cerca de 1,2 por cento se controle de vibração e resistência a fissuras forem prioridades. Embora sejam necessários testes mais detalhados para separar completamente o comportamento do material do arranjo experimental, os resultados sugerem que transformar cabos velhos em reforços microscópicos pode ser um passo prático rumo a estruturas de concreto mais robustas, silenciosas e sustentáveis.

Citação: 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

Palavras-chave: concreto reciclado, fibras de resíduos eletrônicos, reforço com fibra de PVC, amortecimento de vibração, construção sustentável