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1. Introducción
Al hablar de concreto, hablamos de un material que es muy usado en la construcción, el incremento del uso de concreto ha hecho que la tecnología de los materiales últimamente tenga una amplia investigación, para innovar materiales y disminuir el uso de la materia prima, uno de estos nuevos materiales a emplear en la elaboración del concreto es la fibra de acero que se puede extraer de los neumáticos desechados 1,2.
Por otro lado, se habla de la preocupación que causa la gran cantidad de producción de neumáticos al año, estima que anualmente se desecha una cantidad de 4 mil millones de llantas usadas, un pequeño porcentaje de estas las usan para mejorarlas y volverlas a usar como neumáticos de segunda mano, pero la otra parte se queda como desecho 3,4, de la misma manera Shaaban et al. 5 menciona que en Estados Unidos se desechan aproximadamente 270 millones de toneladas de llantas, por lo que investigadores han optado por agregar este material en la elaboración de un concreto ecológico.
La acumulación de neumáticos usados y desechados son un gran peligro para la salud, además en ocasiones se convierten en el medio que genera incendios, contaminado de gran manera al medio ambiente 6,7, todo ello porque los neumáticos terminan en botaderos legales o ilegales, en las calles o barrancos causando también una contaminación visual 8.
Es importante dejar en claro que la innovación de materiales es para lograr un resultado similar o mejor en las propiedades mecánicas del concreto, por otro lado, al emplear materiales que están en situación de desecho en la industria de la construcción y en especial en la elaboración del concreto, mejoraría la situación actual del medio ambiente, ya que sería una buena manera de reciclar en vez de quemarlo o tirarlo.
Ya se han hecho diversas investigaciones de materiales implementados en la elaboración del concreto, materiales como fibras de vidrio, fibras de caucho, de pluma, de madera y de otras más, hasta de fibra de acero dando buenos resultados, pero si se le agrega o aumenta la dosificación de esta fibra, la trabajabilidad disminuye 9, sin embargo usar fibras de acero en la elaboración del concreto es limitado por el alto costo que tiene, por eso es que la de neumático reciclado es una alternativa prometedora para optimizar costos 10, en cuanto a las investigaciones hechas hasta la actualidad, indican que el concreto de alta resistencia es un material quebradizo débil a esfuerzos de tracción y ductilidad, lo contrario sucede cuando se usan fibras de acero 11.
Mejorar las propiedades mecánicas del concreto es un reto, por lo que en ocasiones se usa una variedad de aditivos dependiendo a la necesidad del trabajo o de la zona, sin embargo, el uso de estas sustancias genera un costo adicional, pero investigaciones proponen usar materiales reciclados en vez de aditivos, por ejemplo, al agregar caucho granulado al concreto, permite que este sea impermeable o al agregar material PET permite que el concreto sea más flexible.
El reciclaje de neumáticos desechados permite darles un uso diferente como, combustible para hornos de cemento o también, al triturar el caucho y formar partículas se puede usar en mezcla asfáltica o como agregado para el concreto, en cuanto a las fibras de acero se pueden separar mediante procesos de magnetismo 12, es importante que se reutilice la mayor cantidad posible de neumáticos ya que estos no son biodegradables son inflamables y expulsan sustancias toxicas 13, estas fibras sacadas de las llantas pueden tener el mismo efecto que las fibras industriales en el concreto de repente en mayor dosificación pero el rendimiento será el mismo 14.
Reciclar es una manera de aportar contra la contaminación ambiental y de encontrar soluciones económicas, en diferentes países han apostado por reciclar los neumáticos para extraer el caucho y usarlo para recauchutar llantas o para convertirlo en polvo, pero muy pocos son los que se interesan por las fibras de acero que tiene los neumáticos.
El uso de fibras de acero en el concreto no afecta las propiedades mecánicas, si no que se puede ver una mejora en cuanto a tenacidad y la resistencia post agrietamiento 15, los investigadores para determinar si la adición de fibras de acero en el concreto da resultados positivos, realizan ensayos de laboratorio en el cual prueban diferentes dosificaciones. Se puede decir que un 2% con respecto al mortero es aceptable ya que el concreta muestra mejorar en la ductilidad 16, todo indica que este material sacado de los neumáticos es una buena alternativa para usarlo en concreto de alta resistencia 17, hay que tener en cuenta que el material de reciclaje que se pueda recuperar de un neumático, se puede reemplazar o adicionar como agregado 18.
Se sabe que el concreto de alta resistencia es un material usado en estructuras de esfuerzos importantes, como por ejemplo las super estructuras de puentes o en las represas, no cabe duda que la adición de fibras de acero de neumático reciclado en el concreto es una alternativa potencialmente viable.
En cuanto al reciclaje de los neumáticos, en Europa existe un gran problema con el crecimiento del número de neumáticos en desuso, por lo que se ha creado una política de reutilizar este material de una manera ecológica, al año se estima que 3,3 millones de toneladas requieren ser reciclados 19, además el aumento del parque automotriz significa también el crecimiento de la cantidad de neumáticos, por lo que las autoridades competentes deben hacer lo suyo para manejar esta situación, los neumáticos se pueden reutilizar para diferentes fines, como material de relleno, barreras de seguridad, arrecifes etc., minimizando costos 20,21, no se debe dejar de lado la tecnología del concreto, donde los materiales extraídos del neumático reciclado, se pueden usar para elaborar concreto y mejorar sus características, reemplazando parte de la dosificación de agregados 22-24.
Es importante que se use materiales innovadores para elaborar concreto, mejor si es un material reciclado, podría mitigar o reducir algunos problemas actuales, como el uso excesivo de materia prima lo cual se convierte en la explotación de canteras, podría reducir la contaminación ambiental, por otra parte, beneficiaria económicamente, el reciclaje y la industria de la construcción son temas tan importantes en la actualidad que muchos autores los investigan, en este caso en la presente revisión, trataremos términos como fibras de acero, neumático reciclado, concreto, agregados, entre otros que pertenecen a los temas mencionados.
El propósito de la presente investigación es revisar los últimos estudios sobre las fibras de acero de neumático reciclado implementado en la elaboración de concreto y entender sistemáticamente los efectos que causa esta fusión, se analizará y se discutirá para lograr un entendimiento profundo del tema.
2. Metodología
Para el desarrollo del presente artículo de revisión, se hizo uso de un material bibliográfico basado en 80 documentos que se encuentran indexados en base de datos como son ScienceDirect, EBSCO, Scopus y Web of Science (WOS), documentos que han sido publicados en los últimos siete años entre el 2015 y 2021.
La búsqueda se hizo usando una serie de palabras claves y filtrando de acuerdo a la necesidad de información, en ScienceDirect se usó la ecuación “steel fibers from tire and concrete” seleccionando 15 artículos, de la misma manera se hizo en EBSCO con la ecuación “recycled tire steel fiber” de la cual se seleccionaron 21 documentos, la misma modalidad se usó en las demás bases de datos (Tabla 1).
Tabla 1 Artículos distribuidos según la base de datos y año de publicación
| Año | Base de datos | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| ScienceDirect | EBSCO | Scopus | WOS | Total | |
| 2015 | - | 3 | - | 3 | 6 |
| 2016 | 1 | 2 | 1 | 1 | 5 |
| 2017 | 1 | 2 | 1 | 7 | 11 |
| 2018 | 5 | 1 | - | 2 | 8 |
| 2019 | 1 | 6 | 5 | 3 | 15 |
| 2020 | 4 | 5 | 9 | 5 | 23 |
| 2021 | 3 | 2 | 4 | 3 | 12 |
| Total | 15 | 21 | 20 | 24 | 80 |
En Scopus se escogieron 20 artículos de la búsqueda con la palabra clave “tire steel fibers”, finalmente en WOS se usaron dos ecuaciones “recycled tire steel fiber” y “recycled tire steel fibers and concrete” de las cuales se seleccionaron 10 y 14 artículos respectivamente, todos los documentos seleccionados han servido de referencia para realizar la presente revisión. Se presenta la Tabla 1 y 2 para un mejor detalle de la búsqueda.
Tabla 2 Artículos seleccionados según la base de datos, palabras claves y filtros de búsqueda
| Base de Datos | Palabras claves | Cantidad de doc. Resultantes sin filtro | Filtro de la búsqueda | Años de la búsqueda de la información | Cantidad de doc. Resultantes con filtro | Cantidad de doc. que se seleccionó |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ScienceDirect | steel fibers from tire and concrete | 1469 | Review articles Research articles Construction and Building Materials Engineering | 2015-2021 | 337 | 15 |
| EBSCO | recycled tire steel fiber | 53 | Academic Publications Magazines | 2015-2021 | 44 | 21 |
| Scopus | tire steel fibers | 236 | ingenieria ciencia de los materiales ciencia medioambiental articulo | 2015-2021 | 149 | 20 |
| WOS | recycled tire steel fiber | 143 | Articles Engineering Civil Environmental Sciences | 2015-2021 | 90 | 10 |
| recycled tire steel fibers and concrete | 134 | Articles Engineering Civil | 2015-2021 | 82 | 14 |
3. Resultados y discusión
El problema de vertederos con millones de neumáticos que cumplieron su tiempo de vida útil es un peligro medioambiental, por lo que experimentaron la manera de usar los elementos de los neumáticos como lo es el caucho y las fibras de acero para elaborar un concreto verde, como resultado tuvieron que al agregar 0.1% y 0.2% de fibras de acero mejora la resistencia a la compresión, pero recomiendan que no se incorpore en grandes cantidades por que conducen al concreto a que tenga propiedades débiles a comparación de un concreto de referencia 25. El uso de fibra reciclada sería una posible solución al problema de neumáticos desechados al final de su vida útil 26.
En la actualidad diversas investigaciones mencionan varios tipos de materiales que pueden formar parte de la elaboración del concreto, por lo general las fibras son las que se han ganado un lugar por los resultados favorables que le da a las propiedades del concreto 27, por lo que Hegger et al. 28 sostiene que se debe innovar e implementar tecnologías y procesos para una mejor planificación y así producir y reciclar materiales que se puedan incluir en la industria de la construcción, especialmente en la elaboración de concreto.
Para que el material sea considerado fibra, su longitud debe ser mucho mayor que el diámetro. Las fibras de acero de neumático reciclado en el concreto son una alternativa viable, sería de gran ayuda en cuanto a mitigar problemas de contaminación ambiental y también a mejorar las propiedades mecánicas del concreto endurecido siempre y cuando se use la dosificación adecuada, aparte de ello se haría de la construcción una actividad eco amigable.
De la misma manera se puede deducir que el uso de la fibra en el concreto controla la presencia de grietas y también reduce las dimensiones de ellas 29, sin embargo, Zhang et al. 30 sostiene que cuando el concreto es afectado por congelamiento-descongelamiento la fibra no reduce el agrietamiento y tampoco mejora en cuanto a la porosidad, pero Baricevic et al. 31,32 asegura que con ayuda de un aditivo incorporador de aire tendría la resistencia a congelamiento-descongelamiento y a la deformación, Norambuena et al. 33 realizo pruebas de temperatura a fibras, las cuales mostraron algunos cambios en su morfología, sin embargo, lograron obtener resultados favorables en cuanto a la resistencia.
Por otro lado, se menciona que las fibras en el concretó pueden prevenir daños como el desconchado producido por efectos de fuego en un incendio eventual 34, el uso de este material es prometedor debido a su comportamiento en tenacidad y postcraqueo 35, por otro lado, Alsaif et al. 36,37 con sus investigaciones concluyen que el uso de fibras de acero industriales o recicladas es una buena alternativa ya que desarrolla la resistencia a flexión y mejora la capacidad de deformación.
3.1 Obtención de fibras de acero recicladas
La principal fuente de obtención de fibras de acero son los neumáticos que se encuentran en desuso y abandonados en botaderos y barrancos, estas fibras se han venido empleando en la industria de la construcción, especialmente en la elaboración de concreto lo cual ha resultado un éxito 38, además Flores et al 39 menciona que en la actualidad, por lo general el caucho se recicla mediante procesos químicos, mecánicos o la combinación de estos, con el fin de obtener el caucho y las fibras por separado, pero que estos procesos son costosos.
Sin embargo la fabricación de la gran cantidad de fibras de acero industriales es un problema, llegando a estimarse la cantidad de 0.3 millones de toneladas al año en todo el mundo, la fabricación de este material emite gases que resultan muy contaminante para el medio ambiente, por ello se ha buscado la alternativa de usar fibras eco sustentables, los cuales se pueden conseguir de los neumáticos desechados 40, De todas formas cabe resaltar que al realizar el proceso de separar los materiales o componentes del neumático, suele quedar de diferentes tamaños las fibras o puede quedar con adherencias de caucho, lo que puede dificultar la unión de la fibra con el concreto 41, además Caggiano et al. 42 sostiene que va a dependerá del tipo de uso que se le haya dado al material reciclado para que de buenos resultados.
Hoy en día se pude encontrar fibras que son fabricadas para diferentes usos, en la construcción mayormente se usan fibras con extremos en forma de gancho, debido a que mejora la adherencia con el concreto y un mejor anclaje, sin embargo, investigadores, recomiendan el uso de fibras de acero de neumáticos reciclados, donde se pueden encontrar fibras de diferentes tamaños y formas, que al agregarlo al concreto pueden mejorar las propiedades.
Para la obtención de las fibras de acero de neumático reciclado, se debe realizar un proceso de 4 etapas, que son: (a) el neumático es reducido de tamaño. (b) los neumáticos reducidos se introducen en una cámara donde se congelarán con nitrógeno líquido a 184°C. (c) con ayuda de un molino de martillos el material se reduce a partículas de diferentes tamaños. (d) las fibras se separan por medio de magnetismo 43, quedando así solo las fibras.
3.2 Trabajabilidad
Al experimentar agregando las fibras de acero a la mezcla de concreto y luego realizar el ensayo del Slump, se observa que los resultados de asentamiento disminuyen, sin embargo, al momento del vaciado se pudo notar que la mezcla aún era trabajable 44, de la misma manera Papastergiou et al. 45 indica que al usar la fibra la trabajabilidad de la mezcla se dificulta haciendo que no se pueda controlar fácilmente cuando se necesita de una relación a/c específicas, también Singh et al. 46 considera que mientras más fibra se adiciona, la trabajabilidad disminuye, sin embargo la mezcla resulta ser estable, todas las propiedades del concreto en estado fresco va a depender de la forma geométrica que tenga la fibra de acero.
Según los estudios, al momento de incluir las fibras de acero en el concreto fresco, estas se entrelazan formando así unas llamadas erizos, las cuales causan un efecto negativo en la trabajabilidad, sin embargo, los resultados que arroja las pruebas de concreto fresco, están dentro de los parámetros establecido.
En una investigación se realizó 3 tipos de concreto para estudiar sus propiedades frescas en los cuales, uno incluyo 20 kg de fibra fabricada y 20 kg de fibra reciclada (20M20R), en otro concreto incluyo 40 kg de fibra fabricada y 0 kg de fibra reciclada y por último un concreto liso (PC) 47, dando los siguientes resultados (Tabla 3).
Tabla 3 Propiedades del concreto fresco.
| Mix | Slump (mm) | Densidad (Kg/m2) | Contenido de Aire (%) |
| PC | 200 | 2368 | 1,4 |
| 20M20R | 160 | 2332 | 2,8 |
| 40M0R | 160 | 2366 | 3,1 |
Fuente: Frančić et al.47.
La trabajabilidad del concreto fresco es importante para explotar al máximo su versatilidad, sin embargo se puede decir que la fibra de acero disminuye las propiedades frescas, ya que en diferentes investigaciones sostienen esta idea ya que al agregar fibras de acero en la mezcla de concreto y posterior a ello hizo las pruebas asentamiento y prueba del anillo en J, donde se obtuvo resultados negativos 48,49, en otra investigación agregaron diferentes porciones como 0%, 0.5% y 1% de fibra en la mezcla para evaluar el asentamiento y compararlo con una mezcla que no contiene fibra pero contiene caucho, arrojando que la mezcla que tenía altas presiones es la que contiene solo caucho 50,51, por lo tanto Leone et al. 52 concluye que, en bajo contenido de volumen de fibras en la mezcla, no influye en la trabajabilidad.
3.3 Resistencia a esfuerzos de compresión
Experimentalmente el comportamiento del concreto cuando se le adhiere fibras de acero es bueno, después de ensayar los testigos resultó que el 1% de este material es la dosificación adecuada para agregar en la mezcla y se pueda obtener buenos resultados en cuanto a esfuerzo de compresión debido a que las fibras de acero reducen el agrietamiento 53, coincidiendo con que el 1% de fibra es el adecuado para mejorar las propiedades del concreto, especialmente la resistencia a compresión 54, de la misma manera Flores et al. 55 sostiene que la presencia de fibras en el concreto mejora considerablemente el esfuerzo a compresión y resulta ser mejor que un concreto tradicional o el concreto cauchutado.
Por otro lado al agregar 0.030, 0.035 y 0.045 % de fibras de acero reciclado en la mezcla de concreto, las cuales después de endurecido y ensayado, se concluye que la dosificación de 45 kg/cm3 de fibras de acero es la adecuada, ya que mejora la resistencia a la compresión, por lo que deducen que mientras más se le agregue de este material mejores serán los resultados 56, al reforzar el concretó con fibra, la resistencia a la compresión mejora en un 5% a 10% con respecto al concreto patrón 57.
Hoy en día una alternativa que ha dado resultados favorables en las propiedades del concreto armado es la fibra de acero, este material está siendo usado en diferentes campos de la ingeniería, en un estudio se hizo mezcla con fibra sin vibrar (C50) y mezcla con fibra vibrada (C60), después de los ensayos correspondientes, lograron concluir que para que el uso de este material tenga buenos resultados, la distribución de fibra en la mezcla debe ser buena, ya que gracias a ello se obtiene mejor respuesta en cuanto a las propiedades, por lo que recomienda que se realice un vibrado adecuado a la mezcla 58 (Tabla 4) y ( Figura 1).
Tabla 4. Prueba de mezcla de concreto con fibra de acero.
| Muestra numero | Fibra de acero | Fibra de acero | agua | Cemento | Agregado grueso | Agregado fino | Aditivo | Relación arena-agregado grueso |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| parámetro (%) | (Kg) | (Kg) | (Kg) | (Kg) | (Kg) | (Kg) | ||
| C50 | 0 | 0 | 172 | 347,5 | 1181,3 | 664,5 | 2,7 | 0,36 |
| 0,5 | 39 | 172 | 347,5 | 1159,5 | 674,3 | 2,7 | 0,36 | |
| 1 | 58,9 | 172 | 347,5 | 1148,6 | 679,2 | 2,7 | 0,36 | |
| 1,5 | 78,5 | 172 | 347,5 | 1137,8 | 684,9 | 2,7 | 0,36 | |
| 2 | 117 | 172 | 347,5 | 1115,1 | 693,7 | 2,7 | 0,36 | |
| C60 | 0 | 0 | 164 | 451,8 | 1078,2 | 660,8 | 4,9 | 0,36 |
| 0,5 | 39,3 | 164 | 451,8 | 1055,8 | 671,2 | 4,9 | 0,36 | |
| 1 | 78,5 | 164 | 451,8 | 1033,5 | 681,5 | 4,9 | 0,36 | |
| 1,5 | 117,8 | 164 | 451,8 | 1011,1 | 691,9 | 4,9 | 0,36 | |
| 2 | 157 | 164 | 451,8 | 988,8 | 702,2 | 4,9 | 0,36 |
Fuente:58
3.4 Resistencia a esfuerzos de flexión
En cuanto a resistencia de flexión Aoun et al. 59,60 usó fibras de acero de neumáticos reciclados para agregarlo en la mezcla de concreto y así elaborar vigas, luego de los ensayos, resultó que las propiedades que mostraron mejor desempeño son la de flexión ya que se notó mayor ductilidad y en cuanto a la rigidez se observó un aumento, de la misma manera Bjegovic et al. 61,62 usó la fibra de acero reciclada con extremos en forma de gancho, debido a que muchos estudios mencionan que esta forma de la fibra ayuda al concreto a obtener alta resistencia a flexión, después de las pruebas de esfuerzo a un concreto con 20 a 40 kg de fibra por m3, logró los resultados esperados, ya que logró tenacidad, aumento en la resistencia a la compresión, y disminución de grietas, siendo 30 kg la porción óptima para buenas respuestas de las propiedades.
Por lo general el concreto es frágil, para terminar con ese problema se empleó una armadura de acero para combinarla y formar el concreto armado y pueda ser más resistente, sin embargo, hay ocasiones que requieren de un concreto más fuerte y dúctil, por lo que en los últimos tiempos se ha venido investigando la manera de integrar las fibras de acero para reforzar aún más al concreto, Las fibras de acero son consideradas igual de confiable y resistentes que las varillas de acero tradicionales.
Además al experimentar con fibras recicladas, industriales con longitudes y diámetros diferentes, se puede observar que la resistencia a flexión mejora considerablemente, por lo que recomiendan que la fibra reciclada es una buena alternativa para mejorar las propiedades del concreto y también para la sostenibilidad 63, de la misma forma Zhong et al. 64 agregó fibras de acero para reforzar el concreto, obteniendo valores altos, sin embargo se debe tener en cuenta que mientras la dosificación de fibra sea mayor, las propiedades disminuirán considerablemente, siendo entre 0.5 % y 1.0 % la dosificación adecuada.
Se ha experimentado con fibras industriales y también reciclados, dando como resultado que el concreto con fibras industriales tiene mejor respuesta que la reciclada, sin embargo, para que tengan resultados similares se tendría que aumentar la dosificación de fibras recicladas 65, por otro lado también se puso a prueba vigas de concreto armado con refuerzo de fibras de acero en cantidad de 0%, 0.5%, 1.0% en volumen, después de realizar las pruebas notaron que las vigas con menor refuerzo de fibra tiene baja respuesta a la flexión y mientras aumenta la dosificación de fibra, también aumenta la resistencia a flexión 66, de la misma forma Rashid et al. (6 probaron vigas de concreto adicionando fibras de acero dando los resultados que se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5 Resumen de resultados para todo tipo de vigas.
| Muestra | Carga de fallas | Resistencia a la cixalladura | Resistencia al corte nominal | Deflexión máxima | Modo de fallo |
|---|---|---|---|---|---|
| F0S0 | 27,47 | 13,73 | 7,38 | 6,35 | S |
| F0.4S0 | 32,37 | 16,12 | 7,54 | 8,13 | F+S |
| F0.65S0 | 37,28 | 18,64 | 7,64 | 13,97 | F+S |
| F1S0 | 45,13 | 22,56 | 7,72 | 14,99 | F+S |
| F0S1 | 34,83 | 17,41 | 7,38 | 7,24 | F+S |
Fuente:6
Al momento que se integran las fibras de acero en el concreto, estas ya forman parte de la matriz de él, haciéndolo un material más resistente y dúctil, esto gracias a que las fibras se entrelazan entre si formando una red de refuerzo por todo el elemento de concreto.
3.5 Resistencia a tracción
Al agregar dosis de 30, 35 y 45 kg/m3 mejora marginalmente en cuanto a la resistencia a la tracción, es decir los resultados en cuanto a las propiedades no son notables 67, sin embargo, Wang et al. 68 menciona que, si se refuerza el concreto con fibras, tendrá una mayor capacidad de deformación por tracción en rango de 2% a 5% frente a 0.01% del concreto convencional, además de mejorar en ductilidad y controlar las grietas.
Por otro lado al realizar pruebas a probetas cilíndricas de 15mm x 300mm las cuales contienen 1% de fibras de acero a la edad de 28 días, se logró obtener respuestas favorables en cuento a la resistencia a la tracción, la cual incrementa en un 49% a 68% con respecto a un concreto tradicional o también llamado patrón el cual está elaborado por agregados naturales 69, los mejores resultados son los de los elementos de concreto reforzado con fibras de acero con extremo en forma de gancho, ya que permite una mejor adherencia y agarre, además de ello disminuye las fisuras 70.
3.6 Módulo de elasticidad
Al evaluar probetas de concreto en forma de cubo de 100 mm x 100 mm x 300 mm en donde se le adicionó fibras de acero, ensayándolas a la edad de 28 días para determinar el módulo de elasticidad, las cuales mostraron un aumento significativo a comparación de un concreto tradicional 71, sin embargo, Alwesabi et al. 72 menciona que al incorpora fibras el módulo de elasticidad reduce de manera ligera.
De la misma forma se probó con caucho reciclado y fibras de acero, por un lado obtuvo que el caucho reciclado disminuye drásticamente el módulo de elasticidad debido a que afecta a la propiedad de la resistencia a la compresión, de la misma forma el concreto con fibra, tuvo una reducción en el módulo de elasticidad, pero menor al concreto con caucho, sin embargo se puede incorporar 50% de caucho junto con 0.25 de fibras de acero para obtener un resultado aceptable, con el fin de agregar material reciclado en la elaboración del concreto 73,74.
Con los mismos materiales se hizo otra investigación, donde usaron concreto reforzado con fibras en forma de gancho además de caucho y un concreto solo con fibra, después de los ensayos obtuvieron que la mejor respuesta fue el concreto reforzado solo con fibra ya que el otro tipo de concreto disminuyo en 8,3%, 13,7% y 17,4% con contenidos de caucho de 5%, 10% y 15% respectivamente 75, se puede concluir que entre estos dos materiales, la fibra de acero da mejor respuesta a las propiedades del concreto 76.
3.7 Durabilidad
Se sometió elementos de concreto reforzado con fibras de acero por 150 o 300 días a la exposición acelerada al cloruro, después de los días mencionados, pudo observar que no había presencia de grietas y tampoco se visualizaba deterioro, al evaluar las fibras, tampoco se observó que se haya contaminado o tenga presencia de oxidación, por lo que se puede concluir que reforzar con fibras de acero los elementos de concreto, es una alternativa viable por su contribución positiva a la durabilidad 77.
La durabilidad es un punto importante para la vida útil de una estructura de concreto, ya que es la capacidad para resistir factores como el medio ambiente, ataques químicos o físicos, hasta el proceso de deterioro por el pasar del tiempo, movimientos sísmicos, entre otros, por ello es importante un buen diseño y un buen proceso constructivo, sin dejar de lado el mantenimiento que deben tener las estructuras.
Por otro lado en las investigaciones de Todut et al. 78-80 pusieron a prueba paneles de concreto armado bajo fuerzas laterales cíclicas, fuerzas que se usan para simular los sismos, estas pruebas se realizan con la finalidad de dañar los paneles y luego rehabilitarlos, los autores coincidieron con la idea de aplicar diferentes tipos de fibras para reforzar, como fibra de acero, rejillas de fibra de carbono, rejillas de fibra de vidrio, entre otras, para luego someterlas nuevamente a los esfuerzos mencionados y evaluar que otras fuerzas de sismo puede soportar.
Por último, en la Tabla 6 se puede apreciar diferentes mezclas de concreto con distintas dosificaciones representadas por un código mezclas que contienen fibras de desecho y fibras comerciales, por otro lado, en la Tabla 7 se puede apreciar un resumen de las propiedades del concreto, las cuales resultaron de diferentes ensayos realizados a diferentes tipos de vigas.
Tabla 6 Composiciones y algunas propiedades frescas de los hormigones frescos.
| Materiales (kg/m3) | P | W0.3-5 | W0.3-10 | W0.3-15 | W0.6-10 | W0.6-20 | W0.6-30 | W0.6-40 | W1.4-20 | W1.4-40 | W1.4-60 | C-20 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cemento | 366 | 365 | 367 | 364 | 363 | 368 | 368 | 376 | 362 | 362 | 363 | 364 |
| Agua | 183 | 182 | 184 | 182 | 182 | 184 | 184 | 188 | 181 | 181 | 182 | 182 |
| Superplastificante | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 4.9 | 5 | 4.9 | 5 | 4.9 | 5.1 |
| Fibra | 0 | 4.9 | 9.8 | 14.8 | 9.9 | 19.7 | 29.5 | 39.7 | 19.8 | 39.8 | 59.7 | 20.2 |
| Tipo de fibra | Sin fibra | Fibra de desecho W0.3 | Fibra de desecho W0.6 | Fibra de desecho W1.4 | Fibra comercial | |||||||
| Arena (0-1 mm) | 314 | 312 | 314 | 311 | 311 | 315 | 314 | 320 | 310 | 308 | 308 | 310 |
| Arena (0-4 mm) | 635 | 631 | 636 | 628 | 628 | 636 | 635 | 646 | 626 | 623 | 623 | 628 |
| C.S.I (0-12 mm) | 382 | 380 | 382 | 378 | 378 | 383 | 382 | 389 | 377 | 375 | 375 | 378 |
| C.S.II (12-22 mm) | 571 | 568 | 572 | 565 | 565 | 572 | 571 | 581 | 563 | 560 | 560 | 555 |
| Peso unitario | 2456 | 2448 | 2470 | 2449 | 2442 | 2456 | 2469 | 2450 | 2444 | 2454 | 2477 | 2442 |
| Asentamiento | 14 | 9 | 7 | 6 | 10 | 4 | 1 | 0 | 14 | 16 | 7 | 16 |
Fuente3
Tabla 7 Resumen de resultados para todo tipo de vigas.
| Código de mezcla | Fuerza a compresión (MPa) | Resistencia a la tracción de división (MPa) | Fuerza flexible (MPa) | Energía de fractura (N/m) |
|---|---|---|---|---|
| P | 69.3 | 6.7 | 5.6 | 152 |
| W0.3-5 | 69.5 | 5.6 | 7.4 | 457 |
| W0.3-10 | 65.8 | 6.5 | 5.1 | 625 |
| W0.3-15 | 70.6 | 6.6 | 7.2 | 1146 |
| W0.6-10 | 64.1 | 6 | 5.7 | 559 |
| W0.6-20 | 64.7 | 7.2 | 5.4 | 947 |
| W0.6-30 | 71.5 | 7.9 | 7.7 | 1357 |
| W0.6-40 | 75.3 | 9 | 9.4 | 1893 |
| W1.4-20 | 68.7 | 6.8 | 6.8 | 521 |
| W1.4-40 | 69.1 | 7.7 | 6.7 | 1136 |
| W1.4-60 | 63.6 | 7 | 6.7 | 1388 |
| C-20 | 63.1 | 6.9 | 6.5 | 2322 |
Fuente:3
4. Conclusiones
La industria de la construcción es un sector que está en constante crecimiento y eso significa un uso mayor de concreto, al elaborar concreto conlleva a que se use materia prima lo cual es perjudicial para el medio ambiente, dado a que se explota las canteras, sin embargo adicionando dosificaciones de fibras de acero recuperadas de los neumáticos reciclado aumentara la cantidad y también el rendimiento del concreto, esta opción permitiría reducir el uso de los minerales y también mitigar el impacto ambiental que existe por la gran cantidad de neumáticos desechados que existe y es un problema a nivel mundial.
Para que las fibras mejoren las propiedades mecánicas del concreto, los extremos de estas deben tener la forma de gancho, ya que esta forma permite agarre en el concreto reduciendo las fisuras y el desconchado que se producen por diferentes motivos, además el vibrado es importante para la distribución de fibras de acero por toda la mezcla, ya que las fibras tienden a entrelazarse y formar lo que se llama bolas, lo cual reduce la trabajabilidad.
La mayoría de investigaciones sostienen que las fibras tienen una respuesta positiva en cuanto a los esfuerzos mecánicos del concreto, como resistencia a la compresión, resistencia a tracción y a flexión, sin dejar de lado el módulo de elasticidad y la durabilidad, en cuanto a la dosificación de fibras de acero para que tenga buena respuesta y mejore las propiedades del concreto están entre 0.1% a 2.0%.
