Estudio y análisis por el método de elemento finito de concretos combinados con caucho (proveniente de neumáticos usados), reforzados con estructuras metálicas

Con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas del concreto con adiciones de caucho como reemplazo parcial del agregado fino en el concreto diseñado y fabricado en este trabajo de investigación se realizó el diseño y simulación de una estructura metálica, de refuerzo mecánico de diseño específico. Para realizar la simulación por el Método de Elemento Finito (MEF) y obtener resultados con las características del concreto con caucho se realizaron pruebas experimentales de compresión. De acuerdo con las recomendaciones del fabricante de cemento se fabricaron las probetas cúbicas de 8 cm por lado con diferentes concentraciones de caucho como reemplazo parcial del agregado fino en el concreto, los porcentajes de caucho utilizados fueron del 3%, 5%, 7% y 9% además de las probetas de control en donde no se incorporó caucho al concreto. Los resultados de las pruebas de compresión se analizaron y se representaron en diagramas esfuerzo-deformación, con el fin de obtener las propiedades mecánicas del material y utilizar estos valores para la simulación por el MEF. Se realizaron simulaciones de esfuerzo máximo y de deformación total para un total de 7 estructuras en donde la variable fue las dimensiones de la estructura. Se compararon los resultados utilizando la concentración de caucho que de acuerdo con los resultados y el análisis de las pruebas experimentales tuvo la mejor resistencia a la compresión. Esta concentración fue la de 7% caucho como reemplazo del agregado fino en el concreto. Una vez obtenidos los resultados de la simulación por el MEF se compararon para las diferentes estructuras con el mismo contenido de caucho y se concluyó basados en el análisis de las simulaciones por el MEF que la estructura con el mejor comportamiento fue la estructura de 4 cm. Por último, se realizó la comparación de la simulación de las diferentes concentraciones de caucho con y sin estructura interna. Se concluye del análisis de los resultados de la simulación de esfuerzo máximo y de deformación total, la estructura que mejora significativamente la resistencia a la compresión del concreto con caucho es la estructura de 4 cm.

In order to improve the mechanical properties of concrete with the addition of rubber as a partial substitute for fine aggregate in concrete, the design and simulation by the finite element method (FEM) of a metallic structure of a specific design was carried out. To perform the simulation by FEM and obtain results with the characteristics of concrete with rubber addition, experimental compression tests were carried out, for which cubic samples of 8 cm per side were manufactured with different concentrations of rubber as a partial replacement for the fine aggregate on concrete. The percentages of rubber used were 3%, 5%, 7% and 9% in addition to the control samples where no rubber was incorporated into the concrete. The results of the compression tests were analyzed and represented in stress-strain diagrams, in order to obtain the mechanical properties of the material to be used in the simulation by FEM. Simulations of maximum stress and total deformation were carried out for a total of 7 structures where one of the dimensions of the structure was varied. The results were compared using the rubber concentration that according to the analysis of the experimental tests had the best compressive strength. This concentration was 7% rubber as a replacement for fine aggregate in concrete. Once the simulation results were obtained by the FEM, the results of the different structures with the same rubber content were compared and the 4 cm structure was selected as the one with the best mechanical performance. Finally, the simulation comparison of the different concentrations of rubber with and without internal structure was carried out. It is concluded that according to the results of the FEM simulation of the maximum stress and the total deformation, the structure that improves the compressive strength of concrete with rubber is the 4 cm structure.