Materiales de Construcción (E-Journal)
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Comportamiento de viga reforzada con FRCM de cáñamo sometida a cargas cíclicas
Full text linkFabric-reinforced cementitious matrix (FRCM) composites are materials that are usually applied to strengthen existing structures. In this study, a hemp mesh coated with epoxy was manufactured and combined with a cementitious matrix to strengthen a concrete beam. This beam was subjected to bending cyclic loading tests and a nondestructive modal analysis test. The modal analysis was performed to determine the dynamic elastic properties of the beam under pre-cracking, post-cracking, and strengthened conditions. The beam stiffness increased following strengthening with hemp-FRCM. The results of the experimental cyclic loading test showed that the hemp-FRCM system improved the load-bearing capacity of the beam at the service limit state by 42%. Analytical and numerical models were adjusted and validated using the experimental results, and both proved to be effective calculation tools. The models accurately reproduced the behaviour of the FRCM-strengthened concrete beam if the strengthening connection could prevent sliding and mortar debonding failures.Los compuestos de matriz cementicia reforzada con tejidos (FRCM) son materiales que generalmente se aplican para el refuerzo de las estructuras existentes. En este estudio, se fabricó una malla de cáñamo recubierta con epoxi y se combinó con una matriz cementicia para reforzar una viga de hormigón. Esta viga se sometió a ensayos de carga cíclica de flexión y un ensayo no destructivo de análisis modal. El análisis modal se realizó para determinar las propiedades dinámicas elásticas de la viga en condiciones de pre-fisuración, post-fisuración y reforzado. La rigidez de la viga aumentó después del reforzar con FRCM de cáñamo. Los resultados del ensayo de carga cíclica experimental mostraron que el sistema de FRCM de cáñamo mejoró la capacidad de carga de la viga en el estado límite de servicio en un 42%. Los modelos analíticos y numéricos se ajustaron y validaron utilizando los resultados experimentales, y ambos demostraron ser herramientas de cálculo efectivas. Los modelos reproducen con precisión el comportamiento de la viga de hormigón reforzado con FRCM cuando la conexión de refuerzo podía evitar fallas por deslizamiento y desprendimiento del mortero
Investigaciones sobre productos de reacción álcali-sílice mediante espectroscopia Raman
Full text linkThe alkali-silica reaction (ASR) remains a major challenge regarding the durability of concrete structures. The reaction mechanism is not sufficiently understood owing to the difficulty in characterizing the structure of the alkali-silica reaction gel (ASR gel) in concrete. Synthetic ASR gels with different compositions, i.e. Na/Si and Ca/Si molar ratios, were synthesized and analysed by Raman spectroscopy and, for comparison, 29Si NMR spectroscopy. The results show that higher Na/Si ratios increase the number of non-bridging oxygens in the gel structure, thus leading to a decrease in the degree of cross-linking. With increasing calcium content of the sodium-calcium silica gel, the structure tends towards that of C-S-H phases. Raman spectroscopy is a promising method to characterise synthetic ASR gels and provide new information on the effect of alkalis on the gel structure.La reacción álcali-sílice (RAS) sigue siendo un reto importante para la durabilidad de las estructuras de hormigón. El mecanismo de reacción de la RAS aún no está suficientemente aclarado debido a la dificultad para caracterizar la estructura del gel de reacción álcali-sílice (gel RAS) en el hormigón. Se sintetizaron geles de RAS con diferentes composiciones, es decir, con proporciones molares de Na/Si y Ca/Si, y se analizaron mediante espectroscopia Raman y se validaron comparando los resultados con mediciones espectroscópicas de RMN de 29Si. Los resultados muestran que las relaciones Na/Si más elevadas aumentan el número de oxígenos no puente en la estructura del gel, lo que conduce a una disminución del grado de reticulación. Al aumentar el contenido de calcio del gel de sílice sódico-cálcico, la estructura se asemeja más a la de las fases C-S-H. La espectroscopia Raman es un método prometedor para caracterizar los geles sintéticos de RAS y proporciona nueva información sobre el efecto de los álcalis en la estructura del gel
Un mini estudio de guía para unidades de mampostería de espuma activada con base de cenizas activadas alcalinamente
Full text linkThis study examined the preparation of fly ash-based foam geopolymer recipes with the experimental design method and data analysis with the SPSS program. A total of 54 prescriptions were used in the studies, which investigated six different variables. Strength, density, and thermal conductivity analyses were performed. Values were in the range of 0.57-2.75 MPa for strength, 344-592 kg/m3 for density, and 0.089-0.132 for thermal conductivity. Three variables were identified with each having the most significant effect on strength and density values. H2O2, curing temperature, and expanded perlite had the most effect on strength, while H2O2, curing temperature, and alkali concentration had the most significant effect on density. Most influential parameters are plotted on ternary graphs to ensure that the foam concrete (CLC) masonry units used in all types of masonry walls, whether load-bearing or not, can operate under the specified performance conditions.Este estudio examinó la preparación de mezclas de geopolímeros de espuma a base de cenizas volantes con el método de diseño experimental y el análisis de datos con el programa SPSS. Se utilizaron un total de 54 prescripciones en los estudios, investigándose seis variables diferentes. Se realizaron análisis de resistencia, densidad y conductividad térmica. Los valores estuvieron en el rango de 0,57-2,75 MPa para resistencia, 344-592 kg/m3 para densidad y 0,089-0,132 para conductividad térmica. Se identificaron tres variables, teniendo cada una el efecto más significativo sobre los valores de fuerza y densidad. El H2O2, la temperatura de curado y la perlita expandida tuvieron el mayor efecto sobre la resistencia, mientras que el H2O2, la temperatura de curado y la concentración de álcali tuvieron el efecto más significativo sobre la densidad. Los parámetros más influyentes se trazan en gráficos ternarios para garantizar que las unidades de mampostería de hormigón celular (CLC) utilizadas en todos los tipos de muros de mampostería, ya sea que soporten carga o no, puedan operar bajo las condiciones de desempeño especificadas
Diseño de mezclas y propiedades físicas y mecánicas de hormigones permeables
Full text linkFast-growing climate changes are known to have diverse impacts worldwide, even in large cities. Pervious concrete can be a successful safety solution for increasingly frequent heavy rains and floods. This study focuses on achieving an optimized pervious concrete within the scope of international standards by analyzing concretes made with different W/C ratios and vibration times. The results of the study show the strong influence of parameters such as porosity, permeability, and mechanical strengths. Concrete with 0.35 W/C ratio and 40 seconds vibration time was selected for its adequate physical and mechanical properties.Los cambios climáticos cada vez más rápidos tienen impactos diversificados en todo el mundo, incluso en los grandes centros urbanos. El hormigón permeable puede ser una solución de seguridad exitosa para lluvias intensas e inundaciones cada vez más frecuentes. Este estudio se centró en lograr un hormigón permeable optimizado, dentro del alcance de los estándares internacionales, mediante el análisis de hormigones elaborados con diferentes relaciones A/C y tiempos de vibración. Los resultados muestran la fuerte influencia de parámetros como la porosidad, la permeabilidad y las resistencias mecánicas. Finalmente, se seleccionó un hormigón con relación A/C de 0.35 y tiempo de vibración de 40 segundos por sus adecuadas propiedades físicas y mecánicas
Estudio experimental y modelo teórico de la relación tensión-deformación en compresión de SHCC reforzado con fibras multiescala
Full text linkIn order to better match the multi-level structural characteristics and multi-scale fracture process of cementitious composite, multi-scale hybrid fiber-reinforced strain hardening cementitious composite (MsHySHCC) was designed by adding hooked steel fiber and calcium carbonate (CaCO3) whisker into conventional polyvinyl alcohol (PVA) fiber-reinforced SHCC. Compressive properties of PVA-SHCC and MsHySHCC were evaluated experimentally. The results indicate that the designed MsHySHCC had a better compressive performance than that of PVA-SHCC. Moderately partially substituted PVA fibers by steela fiber and CaCO3 whisker enhanced the compressive parameters, however, further substitution of PVA fibers by increasing the content of CaCO3 whisker didn’t bring a higher promotion. Two kinds of semi-theoretical compression constitutive models were developed from the perspective of damage mechanics theory and geometrical mathematical description, respectively. It was found that both of the proposed models can be applied to predict the uniaxial compressive stress-strain relationships of PVA-SHCC and MsHySHCCs.Con el fin de combinar de la mejor forma posible las características estructurales de compuestos base cemento a varios niveles y su proceso de fractura a múltiples escalas, se diseñó un compuesto híbrido de base cemento de endurecimiento por deformación reforzado con fibras (MsHySHCC), añadiendo fibra de acero en forma de gancho y fibra de carbonato de calcio (CaCO3) en SHCC reforzado con fibra de alcohol polivinílico convencional (PVA). Se evaluaron las propiedades a compresión de PVA-SHCC y MsHySHCC. Los resultados indican que el MsHySHCC diseñado tuvo un mejor rendimiento a compresión que el de PVA-SHCC. Las fibras de PVA sustituidas parcialmente por fibra de acero y de CaCO3 mejoraron los parámetros de compresión, sin embargo, una mayor sustitución de las fibras de PVA no causó una mejora al aumentar el contenido de fibras de CaCO3. Se desarrollaron dos tipos de modelos constitutivos de compresión semi-teóricos desde la perspectiva de la teoría de la mecánica del daño y la descripción matemática geométrica, respectivamente. Se encontró que ambos modelos propuestos se pueden aplicar para predecir las relaciones de tensión-deformación a compresión uniaxial de PVA-SHCC y MsHySHCC
Eficiencia a largo plazo del humo de sílice y de las cenizas volantes para evitar la reacción álcali-sílice en estructuras reales
Full text linkThe potential of ASR in concrete can be assessed by the concrete prism test. However, the transferability of the results obtained with accelerated tests to concrete behavior under field conditions has to be validated. Such a validation was performed ten years ago for concrete produced with Portland cement and various Swiss aggregates. In recent years, the use of supplementary cementitious materials (SCM) has increased. So far, no validation for such types of concrete has been conducted in Switzerland. The goal of the current project is to fill this gap and provide the missing validation. Eight structures where chosen for the investigation. In all of them concrete containing SCM was used and the results of the concrete prism test at time of construction were available. In general, the results of the concrete prism test correlate with the degree of damage in the structures assessed by the analysis of the microstructure.La reactividad potencial álcali-sílice (RAS) en el hormigón puede evaluarse mediante ensayos de prismas de hormigón. Sin embargo, debe validarse la transferencia de los resultados obtenidos mediante ensayos acelerados con el comportamiento del hormigón en condiciones reales. El ensayo acelerado de prismas de hormigón se realizó hace diez años para distintos hormigones fabricados con cemento Portland y diferentes áridos suizos. En los últimos años se ha incrementado el uso de adiciones. Hasta ahora, no se había realizado ninguna validación de estos hormigones en Suiza. El objetivo de este trabajo es llenar este vacío y proporcionar la validación que falta. Se eligieron ocho estructuras para la investigación. En todos los casos se había utilizado hormigón con adiciones y se disponía del ensayo de prismas de hormigón en el momento de la construcción. En general, los resultados de estos ensayos se correlacionan con el grado de daño en las estructuras, evaluándolas mediante análisis microestructural
Modelización simplificada de las propiedades del hormigón con caucho empleando un análisis de regresión multivariable
Full text linkThe studies on rubberized concrete have increased dramatically over the last few years due to being an environmentally friendly material with enhanced vibration behavior and energy dissipation capabilities. Nevertheless, multiple resources in the literature have reported reductions in its mechanical properties directly proportional to the rubber content. Over the last few years, various mathematical models have been proposed to estimate rubberized concrete properties using artificial intelligence, machine learning, and fuzzy logic-based methods. However, these models are relatively complicated and require higher computation efforts than multivariable regression ones when it comes to the daily usage of practicing engineers. Additionally, most of the study has mainly focused on the compressive strength of rubberized concrete and rarely went into more details considering other properties and sample sizes. Therefore, this study focuses on developing simple yet accurate rubberized concrete multivariable regression models that can be generalized for various mixtures of rubberized concrete considering different sample sizes.Los estudios sobre hormigón incorporando caucho han aumentado drásticamente en los últimos años debido a que es un material ecológico con un comportamiento de vibración mejorado y capacidades de disipación de energía. Sin embargo, múltiples trabajos en la literatura han indicado reducciones en sus propiedades mecánicas directamente proporcionales al contenido de caucho. En los últimos años se han propuesto varios modelos matemáticos para estimar las propiedades del hormigón con caucho utilizando inteligencia artificial, aprendizaje automático y métodos basados en lógica difusa. Sin embargo, estos modelos son relativamente complicados y requieren mayores esfuerzos de cálculo que los de regresión multivariable en el día a día de los ingenieros. Además, la mayor parte de los estudios se han centrado principalmente en la resistencia a la compresión del hormigón con caucho y rara vez entran en más detalles considerando otras propiedades y tamaños de muestra. Por lo tanto, este estudio se centra en el desarrollo de modelos de regresión multivariable de hormigón con caucho, simples pero precisos, que se pueden generalizar para varias mezclas de hormigón de este tipo, considerando diferentes tamaños de muestra
Investigación sobre el efecto de la nanosílice coloidal en las características de resistencia y durabilidad de la pasta de cemento Portland mezclada con lodo rojo mediante estudios de tortuosidad
Full text linkA novel binder system for cement-based composites depending upon the strength and durability characteristics is introduced in this study. The possibility of calcined red mud cement pastes with and without colloidal nano-silica (CNS) over Ordinary Portland Cement paste (OPC) at three W/B ratios (0.3, 0.4, 0.5) is evaluated. The optimum percentage of cement replacement by red mud (15%) was selected from compressive strength values of different cement replacements (5%, 10%, 15%, and 20%). Colloidal nano-silica (CNS) was added at 0.5%, 1%, 1.5%, and 2 % to the selected red mud cement paste. Water absorption, sorptivity, resistance to sulfate attack, and resistance to acid attack tests were conducted for optimum red mud cement paste with and without CNS. The experimental results are explained based on tortuosity with empirical formulas and mathematical models of pore network distribution. The tortuosity is directly proportional to the inter-connectivity of the pores. The mixes with 15% calcined red mud and 1.5% CNS replacement performed better strength and durability at all W/B ratios. The mix (R15NS1.5) with minimum tortuosity value results in the higher overall performance of the paste. The mixes with a 0.3 W/B ratio give high-performance cement paste compared to higher W/B ratios.En este estudio se presenta un nuevo sistema aglomerante para compuestos en base cemento que depende de las características de resistencia y durabilidad. Se evalúa la posibilidad de incluir pastas de cemento de lodo rojo calcinado con y sin nanosílice coloidal (CNS) en pastas de cemento Portland ordinario (OPC) en tres relaciones a/b (0,3, 0,4, 0,5). El porcentaje óptimo de reemplazo de cemento por lodo rojo (15 %) se seleccionó de los valores de resistencia a la compresión obtenidos entre los diferentes reemplazos de cemento considerados (5 %, 10 %, 15 % y 20 %). Se añadió nanosílice coloidal (CNS) al 0,5 %, 1 %, 1,5 % y 2 % a la pasta de cemento de lodo rojo seleccionada. Se realizaron pruebas de absorción de agua, sorción, resistencia al ataque de sulfatos y resistencia al ataque de ácidos para obtener una pasta de cemento de lodo rojo óptima con y sin CNS. Los resultados experimentales se explican basados en parámetros de tortuosidad con fórmulas empíricas y modelos matemáticos de distribución de redes de poros. La tortuosidad es directamente proporcional a la interconectividad de los poros. Las mezclas con 15% de lodo rojo calcinado y 1,5% de reemplazo de CNS presentaron mejor resistencia y durabilidad en todas las relaciones a/b. En la mezcla (R15NS1.5) con un valor mínimo de tortuosidad se obtiene el mayor rendimiento general de la pasta. Las mezclas con una relación a/b de 0,3 generan una pasta de cemento de alto rendimiento en comparación con relaciones a/b más altas
Confinamiento de columnas de hormigón con FRP: revisión de normativas y sus predicciones
Full text linkA regulatory framework is required to ensure the correct design of Fibre-Reinforced Polymers (FRPs) increasingly being used as an externally-bonded strengthening system on concrete columns. Several design guidelines on the confinement of FRP concrete have been developed over the past few years worldwide, each proposing a different approach, resulting in different predictions. This study aims to evaluate and compare nine international design guidelines used to predict the compressive strength of confined concrete in FRP-strengthened concrete columns and weigh them against experimental results. The results of this investigation reveal that the predictions from the guidelines on the compressive strengthening of FRP-confined concrete are generally suitable for circular columns, with the ACI-440 and CNR-DT 200 guideline predictions being two of the most accurate. Nevertheless, the guidelines generally tend to overestimate the load-carrying capacity for the compressive strength of FRP-confined concrete in non-circular columns, for which further experimental work using large-scale specimens is required.El crecimiento en el uso de polímeros reforzados con fibra (FRP) como sistema de refuerzo externo en columnas de hormigón requiere de un marco regulatorio para su correcto diseño. En los últimos años se han desarrollado diferentes guías y normativas de diseño, teniendo cada una de ellas un planteamiento diferente y, por lo tanto, arrojando resultados dispares. Esta investigación pretende contrastar con resultados experimentales las predicciones que nueve normativas internacionales hacen sobre la resistencia a compresión de una columna de hormigón confinada con FRP. Los resultados de la investigación muestran que las estimaciones de las normativas sobre la resistencia de las columnas de hormigón confinadas con FRP son, en general, adecuadas para columnas circulares; destacan como las más precisas la ACI-440 y la CNR-DT 200. Por contra, en el caso de columnas no circulares los resultados obtenidos tienden a sobreestimar la resistencia a compresión de las columnas confinadas con FRP, en este caso sería necesario continuar investigando en modelos a gran escala
Efectos de la temperatura en la expansión del hormigón por la reacción álcali-sílice: una aproximación numérica simplificad
Full text linkThe effects of temperature on the expansion behavior of concrete due to the alkali-silica reaction (ASR) were assessed through a simplified numerical analysis. Numerical models were constructed based on findings from a literature review. A simplified damage model was implemented to capture interactions between the viscoelasticity of the ASR gel and microstructural damage of the aggregate and paste. The parameters of the damage model were identified by fitting the simulated results to the experimental data. The results indicate that for a given reaction ratio, expansion ability is reduced at higher temperatures during the early and late stages of expansion. The results demonstrate that explicit modeling of chemo-mechanical interactions is important to achieve accurate numerical predictions of expansion behavior.Se evaluaron los efectos de la temperatura en el comportamiento expansivo del hormigón debido a la reacción álcali-sílice (ASR) mediante un análisis numérico simplificado. Los modelos numéricos se construyeron en base a la revisión de la literatura. Se implementó un modelo simplificado de daños para capturar las interacciones entre la viscoelsasticidad del gel (ASR) y el daño microestructural del árido y la pasta. Los parámetros del modelo de daños se identificaron mediante el ajuste de los resultados simulados a los datos experimentales. Los resultados indican que, para una determinada relación de reacción, la capacidad de expansión se reduce a temperaturas más altas durante las primeras y últimas etapas de la misma. Los resultados demuestran que la modelización explícita de las interacciones mecano-químicas es importante para conseguir predicciones numéricas precisas del comportamiento expansivo