Evolución del daño mecánico del concreto SFRC sometido a flexión mediante el análisis de la velocidad del pulso ultrasónico
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[1] Universidad Militar Nueva Granada
Universidad Militar Nueva Granada
Colombia
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[2] Universidad Nacional de Colombia
Universidad Nacional de Colombia
Colombia
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- Localización: INGE CUC, ISSN 0122-6517, ISSN-e 2382-4700, Vol. 16, Nº. 1, 2020 (Ejemplar dedicado a: (January - June))
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Evolution of the mechanical damage of concrete SFRC under flexion load through the analysis of the speed of the ultrasonic pulse
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Resumen
- español
Introducción: En el presente artículo se realiza un análisis de la evolución del daño mecánico del concreto reforzado con fibras de acero (SFRC, Steel Fiber Reinfoced Concrete) y la velocidad de pulso ultrasónico (UPV) propagada; con la finalidad de correlacionar el UPV y el daño mecánico en elementos de concreto con diferentes dosificaciones de fibras de acero. Para lo cual se fabricaron 45 probetas en concreto, con dosificaciones de 0 kg/m3; 25 kg/m3 y 70 kg/m3, y resistencias promedio a la compresión [1] de 57 MPa, 53 MPa y 44 MPa y a la flexión [2] de 5,49 MPa, 7,20 MPa y 9,60 MPa, esclareciendo que en los elementos probados se midieron carga, deflexión y velocidad de pulso ultrasónico en simultaneo; obteniendo parámetros que permitieron generar ecuaciones predictivas del daño en una escala de 0 a 1, teniendo en cuenta que un daño mecánico es avanzado cuando un elemento tiene una alta fisuración y por lo tanto se disminuirá su capacidad de resistencia mecánica (cuando el valor es cercano o igual a 1) [3]; adicionalmente con la realización del proyecto se demuestra que la inclusión de fibras de acero ocasiona en el concreto un comportamiento dúctil con un aumento en resistencia mecánica a flexión y fatiga. Concluyendo que es posible predecir el daño mecánico del concreto mediante la aplicación de técnicas de medición indirectas, que ayudaran a la evaluación patológica de elementos, así como se demuestra la utilidad del emplear fibras de acero en el concreto para mejorar sus propiedades mecánicas.
Objetivo: Estimar la evolución del daño mecánico del concreto tipo SFRC, mediante la medición de la velocidad de pulso ultrasónico, correlacionando con la resistencia a la flexión, obteniendo ecuaciones de predicción del daño y gráficas de comportamiento mecánico.
Metodología: Para la realización del proyecto se aplica un modelo experimental; iniciando con una búsqueda primaria de información sobre concretos fibro-reforzado y métodos de inspección indirecta, luego se definió las dosificaciones y mezclas de concreto que se van a realizar y se fabrica los elementos de prueba; después se realiza las pruebas experimentales analizando sus resultados, por último, se concluye sobre los resultados obtenidos.
Resultados: Se obtiene ecuaciones predictivas y gráficas de comportamiento mecánico, las cuales permitirán que al inspeccionar un elemento de concreto simple y concreto SFRC, se obtenga en primera instancia, una idea del daño mecánico del concreto, lo que permitiría establecer el estado físico en el que se encuentra un elemento fabricado en este material.
Conclusiones: A medida que se presente daño mecánico en un elemento de concreto, estos aumentarán su fisuración y por lo tanto su densidad disminuirá; esta característica se puede medir con la velocidad de pulso propagada; consiguiente la predicción de la integralidad del estado físico en el que se encuentra un elemento será predecible, permitiendo conocer si una estructura en concreto se encuentra en riesgo de colapso o cercano al mismo; lo anterior cobra mayor importancia en estructuras sometidas a flexión (propiedad en la cual el concreto ofrece baja resistencia, con respecto a la resistencia a la compresión), tal como un puente, una vía vehicular o vigas de una edificación. Con las ecuaciones expuestas, se demuestra que en un daño mecánico inferior a 0,5, la estructura se fisura, pero no colapsará, en cambio si el daño es superior a 0,5 la estructura se encuentra tan fisurada que no podrá soportar la carga máxima de diseño y por lo cual puede colapsar. De la misma manera, en el proyecto se demuestra que las fibras de acero aumentan la resistencia a la flexión y tenacidad del concreto en por lo menos un 30%, lo que implica su utilidad para la construcción de elementos descritos anteriormente.
Esta investigación es una primera afirmación y permitirá ampliar las posibilidades que tienen las metodologías de inspección indirecta en el campo del estudio estructural en Ingeniería Civil, así como el empleo de fibras de acero como adiciones, que mejoran las propiedades mecánicas del concreto.
- English
Introduction: In this article, an analysis of the evolution of the mechanical damage of steel fiber reinforced concrete (SFRC) and propagated ultrasonic pulse velocity (UPV) is performed; in order to correlate the UPV and mechanical damage in concrete elements with different dosages of steel fibers. For which 45 concrete samples were manufactured, with dosages of 0 kg/m3; 25 kg/m3 and 70 kg/m3, and average compressive strengths [1] of 57 MPa, 53 MPa and 44 MPa and flexural strength [2] of 5.49 MPa, 7.20 MPa and 9.60 MPa, is to clarifying that in the tested elements load, deflection and ultrasonic pulse velocity were measured in simultaneously; obtaining parameters that allowed to generate predictive equations of the damage, on a scale of 0 to 1, taking into account that a mechanical damage is advanced when an element has a high cracking and therefore its mechanical resistance capacity will be reduced (when the value is close or equal to 1) [3]; Additionally, with the completion of the project, it is demonstrated that the inclusion of steel fibers causes ductile behavior in the concrete with an increase in mechanical strength to flexion and fatigue. Concluding that it is possible to predict the mechanical damage of concrete by applying indirect measurement techniques, which will help the pathological evaluation of elements, as well as demonstrating the usefulness of using steel fibers in concrete to improve its mechanical properties.
Objective: Estimate the evolution of the mechanical damage of the SFRC-type concrete, by measuring the ultrasonic pulse velocity, correlating with the flexural strength, obtaining damage prediction equations and graphs of mechanical behavior.
Method: For the realization of the project an experimental model is applied; starting with a primary search for information on fiber-reinforced concretes and indirect inspection methods, then the concrete mixtures that are to be made were defined and the manufacturing of the test elements was carried out; then the experimental tests are carried out and the results are analyzed; finally, to realize conclusion of the research.
Results: Predictive and graphical equations of mechanical behavior are obtained, which will allow an insight of the mechanical damage of the concrete to be inspected in the first instance, which would allow establishing the physical state in the that an element made of this material is found.
Conclusions: As mechanical damage occurs in a concrete element, these will increase its cracking and therefore its density will decrease; This feature can be measured with the pulse rate propagated; consequently the prediction of the integrality of the physical state in which an element is found will be predictable, allowing to know if a particular structure is at risk of collapse or close to it; The foregoing becomes more important in structures subjected to flexion (property in which the concrete offers low resistance, with respect to compressive strength), such as a bridge, a vehicular track or beams of a building. With the equations set forth, it is shown that in a mechanical damage of less than 0.5, the structure cracks, but will not collapse, but if the damage is greater than 0.5 the structure is so fissured that it will not be able to withstand the load maximum design and therefore can collapse. In the same way, the project shows that steel fibers increase the flexural strength and toughness of the concrete by at least 30%, which implies its usefulness for the construction of elements described above. This research is a first statement and will allow expanding the possibilities of indirect inspection methodologies in the field of structural study in Civil Engineering, as well as the use of steel fibers as additions, which improve the mechanical properties of concrete.
- español
