Modelo de campo de fase de hormigones reforzados con caucho: imprementado en Abaqus

Abstract

El calentamiento global y la degradación ambiental exigen soluciones sostenibles en todos los ámbitos industriales y de la construcción, destacando la urgencia de disminuir el consumo de recursos y la generación de residuos. En este contexto, la gestión del caucho procedente de neumáticos usados resulta especialmente crítica, pues cada año se desechan más de 1.5 mil millones de unidades. Una estrategia prometedora es la sustitución parcial de los agregados gruesos del hormigón por partículas de caucho reciclado, lo que alivia la presión sobre los vertederos y contribuye a la conservación de recursos naturales. No obstante, la inclusión de caucho, si bien aporta flexibilidad y capacidad de absorción de impactos, puede comprometer la resistencia a compresión y la rigidez del hormigón, requiriendo una cuidadosa optimización de su contenido. Para predecir con precisión la evolución del daño y la fractura, es fundamental el uso de modelos numéricos a escala mesoscópica, capaces de representar con detalle las interacciones entre agregados y la pasta de mortero. Estos modelos permiten diseñar mezclas de hormigón con materiales reciclados que mantengan, o incluso mejoren, la durabilidad, la resiliencia y la sostenibilidad de las construcciones. Este estudio presenta la implementación de un Modelo de Campo de Fase (MCF) bidimensional para examinar las propiedades mecánicas a mesoescala del hormigón reforzado con caucho reciclado. El modelo se implementa a través de una subrutina UELMAT dentro del software comercial de elementos finitos Abaqus. La simulación incorpora fases discretas para el agregado, el caucho, el mortero y sus correspondientes interfaces. Para generar el modelo a mesoescala, se empleó un script de Python para facilitar la incorporación aleatoria de partículas dentro de la matriz de mortero. La subrutina de tipo UELMAT utilizada fue la desarrollada por Martínez-Pañeda. Los resultados del MCF se validan con datos experimentales y se comparan con un Modelo de Plasticidad con Daño del Hormigón (MPDH). Este análisis comparativo evalúa la capacidad de cada enfoque de modelado para capturar con precisión la evolución del daño y las características de fractura del hormigón con caucho.