Simultaneous utilization of fine and coarse recycled concrete aggregate for the fabrication and experimental analysis of the structural performance of precast reinforced and prestressed concrete elements
- Autores: Pablo Vázquez-Burgo
- Directores de la Tesis: Cristina Vázquez-Herrero (dir. tes.), Isabel Martínez-Lage (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidade da Coruña ( España ) en 2016
- Idioma: inglés
- Número de páginas: 293
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jaime Carlos Gálvez Ruiz (presid.), Fernando Martínez-Abella (secret.), Miren Etxeberria Larrañaga (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUC
- Resumen
- español
Esta tesis doctoral busca llevar un paso adelante el reciclado del hormigón ya que propone reemplazar simultáneamente la fracción fina y gruesa del árido, sin tener que cribar previamente el árido reciclado bruto. El comportamiento estructural, tanto de vigas prefabricadas armadas como pretensadas fue evaluado, comparándolo al de un hormigón convencional con una resistencia a compresión similar. Se realizó una primera campaña experimental con hormigón autocompactante reciclado. Diferentes porcentajes de la cantidad total de árido natural (0, 20, 35 y 50%, incluyendo la fracción fina y gruesa) fueron reemplazados por árido reciclado de elementos rechazados de una planta de prefabricados. Las propiedades del hormigón fresco y endurecido fueron comparadas en el laboratorio para los diferentes porcentajes de sustitución. Las propiedades mecánicas no se vieron significativamente afectadas. Por lo tanto, el hormigón reciclado resultante fue utilizado para la fabricación de vigas de hormigón armado en una planta de prefabricados con porcentajes de sustitución del 0, 10, 20, 35 y 50%. Las vigas armadas fueron sometidas a ensayos de control de calidad de flexión y cortante en la planta, mostrando un momento último y resistencia a cortante similares, independientemente del porcentaje de sustitución. Sin embargo, el factor de ductilidad y el momento de fisuración disminuyeron para los porcentajes más altos. Los ensayos a flexión fueron repetidos mediante control de desplazamiento y una instrumentación más precisa en el CITEEC de la Universidade da Coruña, incluyendo galgas de deformación en la superficie del hormigón para obtener el comportamiento a flexión hasta rotura, factores de ductilidad, y la relación Momento-Curvatura. Los resultados obtenidos mostraron un momento de fisuración y ductilidad más bajo para los porcentajes de sustitución más altos, pero igual momento último. Una segunda campaña experimental fue realizada con hormigón convencional y vigas prefabricadas pretensadas de hormigón. En este caso, el origen del árido reciclado fue viejas traviesas de hormigón. Diferentes porcentajes de la cantidad total de árido natural (0, 8, 20 y 31%, incluyendo la fracción fina y gruesa) fueron sustituidos por árido reciclado, comparando las propiedades en estado fresco y endurecido para los diferentes porcentajes. Las propiedades mecánicas no se vieron excesivamente afectadas. Por lo tanto, el hormigón resultante fue utilizado para la fabricación de las vigas pretensadas y de las probetas para ensayos Pull-Out, con sustituciones del 0 y 8%. La finalidad fue evaluar la pérdida de comportamiento adherente entre los cordones pretensados y el hormigón que los envuelve cuando el árido reciclado se introduce en la mezcla. Los ensayos Pull-Out reflejaron que la tensión adherente a la que se produce el primer deslizamiento es aproximadamente un 24% inferior cuando se introduce un 8% de árido reciclado en la mezcla. Las vigas pretensadas fueron instrumentadas interna y externamente para evaluar la longitud de transmisión y de anclaje. La longitud de transmisión se evaluó midiendo las deformaciones con puntos DEMEC a diferentes edades. Se determinó un valor de 717 mm en las vigas de hormigón natural y 957 mm en las de reciclado. Por lo tanto, hay un incremento del 33% en la longitud de transmisión cuando el 8% de árido reciclado se incorpora a la mezcla. La longitud de anclaje se evaluó realizando ensayos a flexión con diferentes puntos de aplicación de las cargas y midiendo la penetración de los cordones durante el ensayo. Se determinó un valor de 1475 mm en las vigas de hormigón natural y 1850 mm en las vigas de hormigón reciclado. Es decir, hay un incremente del 25% en la longitud de anclaje cuando el 8% de árido reciclado se incorpora a la mezcla. De esta investigación se puede concluir que es viable reemplazar hasta un 50% del árido total (fino y grueso) en vigas armadas. Sin embargo, incluir árido reciclado en hormigón pretensado disminuye significativamente la adherencia en las vigas fabricadas con un 8% de sustitución del árido total. Por consiguiente, es recomendable realizar una investigación más profunda sobre este tema.
- English
his doctoral thesis aims at taking a step forward in concrete recycling, since it is proposed to replace simultaneously the fine and coarse fraction of the aggregate without having to previously sieve the raw recycled aggregate. The structural behaviour of both precast reinforced and prestressed concrete elements was assessed, compared to conventional concretes with similar compressive strength. A first experimental campaign was performed with self-compacting recycled concrete. Different percentages of the total amount of natural aggregates (0, 20, 35 and 50%, including fine and coarse fraction) were replaced with recycled aggregates from rejected members of a precast plant. Fresh and hardened concrete properties were compared in laboratory for the different replacement levels. The mechanical properties were not significantly affected. So, the resulting recycled concrete was utilised for the fabrication of reinforced concrete beams in a precast plant with replacement levels of 0, 10, 20, 35 and 50%. Reinforced beams were subjected to quality control shear and flexural failure tests in the precast plant showing a similar ultimate bending moment and shear strength regardless of the replacement ratio. However, the ductility factor of flexural beams and cracking moment decreased for higher replacement levels. Flexural tests were repeated with displacement control and accurate monitoring in the CITEEC at the University of A Coruña, including strain gauges on concrete surface to obtain the flexural behaviour up to failure, the ductility factors, and moment vs. curvature relationships. The results obtained showed a lower cracking moment and ductility for the higher replacement levels but similar ultimate moments. A second experimental campaign was performed with vibrated concrete and prestressed precast concrete beams. In this case, the source of the recycled aggregate was old concrete sleepers. Different percentages of the total amount of natural aggregates (0, 8, 20 and 31%, including fine and coarse fraction) were replaced by recycled aggregates and fresh and hardened properties were compared in laboratory for the different replacement levels. The mechanical properties did not experience considerable decrease depending on the replacement percentage. So, the resulting recycled concrete was utilised for the fabrication of prestressed concrete beams, as well as Pull-Out test samples with replacement levels of 0 and 8%. The aim was to evaluate the loss of bond performance between prestressed strands and surrounding concrete when recycled aggregates are introduced in the mix. Pull-Out tests showed that the bond stress at which the first slip occurs is approximately 24% lower when 8% of the total aggregate is replaced with recycled aggregate. Prestressed beams were monitored to evaluate transfer and development length. Transfer length was evaluated measuring the strain values with DEMEC points at different ages. It was determined to be 717 mm in natural concrete beams and 957 mm in recycled beams. That is, there is an increase of 33% in transfer length when 8% recycled aggregate is incorporated in the concrete mix. Development length was evaluated performing flexural tests at different embedment lengths and measuring the strand end slips during the tests. It was determined to be 1475 mm in natural concrete beams and 1850 mm in recycled concrete beams. That is, there is an increase of 25% in development length when 8% recycled aggregate is incorporated in the concrete mix. From this research it may be concluded that it is feasible to replace up to 50% of the total aggregate (fine and coarse) in reinforced concrete beams. However, the incorporation of recycled aggregate in prestressed concrete significantly reduces the bond between prestressed strands and surrounding concrete in beams fabricated with 8% replacement of the total aggregate. Consequently, further research is recommended in this subject.
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