Un estudio realizado por investigadores ecuatorianos y publicado en la revista Construction and Building Materials evaluó el rendimiento del hormigón al sustituir parcialmente el agregado fino con ceniza de cáscara de arroz (RHA), tereftalato de polietileno (PET) triturado y caucho de neumáticos reciclados. El equipo de investigación sometió a pruebas sistemáticas el hormigón con sustituciones de agregado fino en proporciones del 2,5%, 5% y 10% en peso, y lo comparó con el hormigón tradicional, evaluando parámetros como el asentamiento, la densidad, el contenido de aire, la resistencia a la compresión, la resistencia a la tracción por hendimiento y el módulo de elasticidad.
Los resultados del estudio muestran que la ceniza de cáscara de arroz presentó el mejor rendimiento general. Con una tasa de sustitución del 2,5%, la resistencia a la compresión a los 28 días se redujo solo un 1,6%, y el análisis con microscopía electrónica de barrido (SEM) confirmó una mejora en la unión de la zona de transición interfacial (ITZ) entre el agregado y la pasta de cemento. El excelente rendimiento de la ceniza de cáscara de arroz se atribuye a su alto contenido de sílice y a su actividad puzolánica, aunque su alta absorción de agua requiere ajustar la relación agua-cemento para mantener la trabajabilidad. El estudio considera que una tasa de sustitución del 5% es técnicamente viable.
En el caso del PET, con una tasa de sustitución del 2,5%, la resistencia a la compresión disminuyó aproximadamente un 10% y la resistencia a la tracción alrededor de un 18%, debido a su hidrofobicidad y falta de reactividad, lo que impide la formación de enlaces químicos con la matriz de cemento; sin embargo, no requiere ajustar la relación agua-cemento para mantener una buena procesabilidad. La pérdida mecánica con una tasa de sustitución del 5% se considera aceptable para aplicaciones no estructurales o de baja demanda.
El caucho de neumáticos reciclados mostró la disminución más significativa en las propiedades mecánicas. La microscopía electrónica de barrido reveló una interfaz menos continua con la pasta de cemento, aunque la pérdida de rendimiento sigue siendo controlable cuando la tasa de sustitución no supera el 5%.
El análisis estadístico (ANOVA y prueba de Tukey) confirmó que tanto el tipo de material como el nivel de sustitución tienen un efecto significativo en las propiedades mecánicas. Con tasas de sustitución inferiores al 5%, la reducción en la resistencia a la compresión y a la tracción suele ser inferior al 25%; cuando la tasa de sustitución alcanza el 10%, la disminución de las propiedades mecánicas es más pronunciada, con una reducción máxima del módulo de elasticidad de hasta el 34%. Desde una perspectiva técnica, el nivel de sustitución del 5% representa un punto de equilibrio entre la sostenibilidad y el rendimiento estructural.
El análisis termogravimétrico (TGA) indicó que la ceniza de cáscara de arroz presenta propiedades térmicas más estables, mientras que el PET y el caucho mostraron una mayor pérdida de masa con tasas de sustitución medias debido a sus características poliméricas. La calidad de la zona de transición interfacial es un factor clave que determina el rendimiento.
El contexto del estudio señala que en 2023 se generaron aproximadamente 2300 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos a nivel mundial, con una proyección de 3800 millones de toneladas para 2050. De estos, el 35% del PET se incinera, generando alrededor de 534 millones de toneladas de CO₂ equivalente al año. El sector de la construcción es responsable del 40% al 50% de las emisiones globales de CO₂, consume casi el 40% de la energía mundial y el 60% de las materias primas, con una demanda anual de arena que alcanza los 50 000 millones de toneladas.