En un significativo esfuerzo por avanzar en sostenibilidad y sustentabilidad en la industria de la construcción con hormigón, investigadores y académicos UC publicaron recientemente el artículo titulado "Effect of mix dosage on rubberized concrete mechanical performance: A multivariable prediction model towards design provisions" en la prestigiosa revista Journal of Building Engineering, indexada Web of Science, con categoría Q1 y factor de impacto de 6.4.
Sus autores son Felipe Guiñez, estudiante de doctorado en ingeniería civil UC, los académicos Hernán Santa María del Departamento de Ingeniería Estructural y Geotécnica UC, y Gerardo Araya-Letelier de la Escuela de Construcción Civil UC -ambos profesores guías de los estudios de Doctorado de Felipe Guiñez-, y los investigadores Jocelyn Lincoleo y Fabrizio Palominos, estudiantes de pregrado de Ingeniería UC.
Revalorización del caucho
La investigación se centra en abordar dos problemas globales: la acumulación de neumáticos fuera de uso y la escasez de arena para la construcción.
Por un lado, la acumulación de neumáticos que llegan al final de su ciclo de vida, está generando importantes problemas ambientales, económicos y sociales en todo el mundo. Por este motivo, se están desarrollando diversas alternativas de mitigación de los impactos de estos residuos, ya sea extendiendo su vida útil y evitar que lleguen a vertederos, que se acopien de forma ilegal, o que se utilicen como combustibles, produciendo un mayor índice de contaminación.
Por otro lado, la industria de la construcción con hormigón se enfrenta a un escenario de escasez de árido fino, ya que “cada vez está siendo más difícil extraer arena de los ríos, lo que provoca intervenciones más agresivas al medioambiente y daños a los ecosistemas”, enfatiza Felipe Guiñez, primer autor del presente artículo. Por este motivo, es crítico encontrar alternativas sustentables que permitan reemplazar los áridos naturales en los hormigones.
Considerando ambos desafíos, una alternativa viable es la revalorización de los neumáticos a través del caucho granulado en distintas granulometrías, material que puede aportar como reemplazo de la arena. Si bien esta incorporación reduce la resistencia a la compresión del hormigón, también mejora algunas propiedades, tales como la aislación térmica y acústica, resistencia al fuego, además de contribuir en la reducción de la huella de carbono, por lo que se convierte en una alternativa de gran interés para la industria.
“El caucho al tener una temperatura de degradación menor al hormigón, va a generar que se descomponga más rápidamente, produciendo una red de poros donde se permite liberar las tensiones de la presión de vapor provocadas por el fuego en los hormigones. Es decir, tiene un impacto medianamente positivo en la resistencia al fuego, sobre todo en hormigones de alta resistencia, lo que ayuda a evitar el daño explosivo del spalling. Si bien, no es tan buena como los materiales fibrilares -ya que no existe una conexión tan continúa como lo hacen las fibras-, en general el caucho aumenta la resistencia al fuego en los hormigones”.
Gerardo Araya-Letelier
Académico UC
Fotografía: Felipe Guiñez, estudiante de Doctorado de Ingeniería Civil UC, con una probeta de hormigón con caucho granulado y otra probeta con hormigón tradicional.
Desarrollo y resultados del modelo propuesto
De acuerdo con las investigaciones realizadas a nivel internacional, existe una importante dispersión en las predicciones de resistencia a la compresión del hormigón con caucho granulado, factor que dificulta la incorporación de este material en la construcción.
Felipe Guiñez, estudiante de doctorado UC, comenta que el objetivo del artículo fue desarrollar un modelo predictivo multivariable para determinar con precisión las propiedades mecánicas del hormigón con caucho granulado, considerando todos los componentes del diseño de mezcla. Se utilizó un conjunto de datos extraídos de 287 mezclas de hormigones de 38 estudios diferentes, lo que permitió alcanzar un coeficiente de determinación de 0.89, significativamente mejor que otros modelos existentes.
El enfoque utilizado en este estudio cuantificó la importancia del impacto de 10 variables de diseño de la mezcla en la evaluación de la reducción de la resistencia a la compresión. El modelo final propuesto en este artículo considera seis variables explicativas, es decir, reemplazo de volumen de arena por caucho granulado, cantidad de caucho granulado, cantidad de agregado fino, cantidad de agregado grueso, cantidad de cemento y cantidad de agua, para predecir la reducción de la resistencia a la compresión a través de una fórmula logarítmica.
“Al final del artículo hay unas consideraciones de diseño pensando en aplicaciones prácticas que este modelo pudiera tener, y dado que nosotros queremos tener la certeza de que nuestro hormigón va a resistir, se propone un factor de reducción adicional, porque este modelo va a predecir la resistencia de una manera relativamente precisa, pero con cierto margen de error.
Entonces ese margen de error podría dar una resistencia mayor o una resistencia menor. La idea de este factor de reducción extra es que exista un nivel de confianza significativo para que se pueda predecir conservadoramente esa resistencia. Entonces, el objetivo es proponer una expresión que estime conservadoramente la resistencia en al menos el 90% de los casos”.
Felipe Guíñez
Estudiante Doctorado UC
El modelo resultante ofrece una predicción bastante precisa de la resistencia a la compresión del hormigón con incorporación de caucho reciclado en reemplazo de arena, considerando el efecto de variables que antes no se habían evaluado de manera conjunta. Este avance permite abrir el camino para explorar el uso de este material en aplicaciones estructurales y no estructurales, de tal manera de mejorar la sustentabilidad de una industria que genera impactos significativos y requiere generar nuevas estrategias para avanzar en economía circular.
Futuro de la investigación
El académico Gerardo Araya-Letelier, destacó la importancia de la publicación en una revista de alto impacto como el Journal of Building Engineering, y el potencial del modelo para influir en futuras normativas y regulaciones.
“Lo novedoso es que es un modelo multivariable que tiene bastante más precisión que modelos anteriores para predecir propiedades mecánicas de los hormigones. Obviamente la variable “porcentaje de reemplazo de caucho por arena” es una de las más importantes, pero no es la única.
Si comparamos este modelo con otros existentes en la literatura, hay una ganancia importante, ya que tenemos una dificultad de implementación similar, pero incorporando mejoras significativas en la precisión del modelo y un factor de corrección para determinar resistencias características. Lo anterior permite avanzar hacia posibles incorporaciones de este material a nivel de normativa en un futuro”.
Gerardo Araya-Letelier
Académico UC
La investigación representa un paso significativo hacia la sostenibilidad en la construcción con hormigón, ofreciendo una solución innovadora para el reciclaje de neumáticos y la reducción del uso de arena. Con un modelo predictivo robusto y preciso, este trabajo permitirá avanzar en la revalorización de residuos, contribuyendo a la economía circular y a la eficiencia en el uso de los recursos.
Autora: Valeria F. Moraga D.