Predicting Modulus of Elasticity of Recycled Aggregate Concrete Using Nonlinear Mathematical Models

It is estimated that currently the consumption of natural aggregates used annually in the production of concrete in the world is around 10 billion tons. Moreover, more than 10 million tons of waste is generated annually from the construction industry. The incorporation of recycled aggregates in the production of concrete arises mainly due to an environmental factor, because it emphasizes the reduction in the consumption of raw materials, reduction of the emission of pollutants to the atmosphere derived from the processes of extraction of natural aggregates, between others. Several studies quantifies the decrease of mechanical properties according to the percentage of replacement of natural aggregate by recycled concrete aggregate. In the present study the authors provide several nonlinear models, which are able to predict the modulus of elasticity behaviour of the concrete manufactured with recycled aggregate. A database was composed of 147 different mixtures of recycled aggregate concrete collected from publications of scientific journals. The database has been used to introduce it to the software Polimodels. Polimodels is able to generate different models using different nonlinear regression algorithms. Six different models for the modulus of elasticity are proposed, dependents on certain physical and mechanical parameters of the recycled aggregate, as the following; the percentage of absorption, Los Angeles abrasion coefficient, and the percentage of substitution of natural aggregate by recycled aggregate. It is possible to appreciate the remarkable reduction in the modulus of elasticity due to the increase of recycled aggregates in the concrete. When the models have more independent variables a better adjustment is noticed that help us to improve the prediction of the modulus of elasticity of recycled aggregate concrete.This research was financed by the University of Alicante through projects VIGROB-256 and GRE13-03

Cálculo del asiento elástico tridimensional de cimentaciones de rigidez variable en terrenos con una capa rígida inclinada

The formulas based on the elasticity theory are widely used for the calculation of foundation settlements, as the geotechnical regulations recommends their use. However, these methods do not cover all possible geotechnical situations because, frequently, the geotechnical conditions are complex. In this work, the influence of an inclined rigid layer on the elastic settlements of a shallow foundation is analysed. For this purpose, 273 three-dimensional non-linear finite element models have been solved varying the key parameters of the problem: inclination and depth of the rigid layer and the rigidity of the foundation. Finally, a statistical analysis of the results of the models has been performed and a formula, which can be used for the calculation of the settlements to consider the presence of a rigid inclined layer in depth, has been proposed.Las fórmulas basadas en la teoría de la elasticidad son ampliamente utilizadas para el cálculo de asientos de cimentaciones, ya que la totalidad de la normativa geotécnica recomienda su empleo. No obstante, estos métodos no cubren todas las situaciones geotécnicamente posibles ya que frecuentemente las condiciones geológicas son complejas. En este trabajo se analiza la influencia de la presencia de una capa rígida inclinada en los asientos elásticos de una cimentación superficial. Para ello se han resuelto 273 modelos tridimensionales no lineales de elementos finitos, variando los parámetros clave del problema: la inclinación y la profundidad de la capa rígida y la rigidez de la cimentación. Finalmente, se ha realizado un análisis estadístico de los resultados de los modelos y se ha propuesto una fórmula que puede ser utilizada en el cálculo de asientos por métodos elásticos, para tener en consideración la presencia de una capa rígida inclinada en profundidad

Una aplicación de la regresión no lineal a los hormigones reciclados

En la actualidad se estima que los consumos de áridos naturales empleados anualmente en la fabricación de hormigón en el mundo son del orden de 10.000 millones de toneladas. Por otra parte se generan anualmente más de 10 millones de toneladas de residuos procedentes de la industria de la construcción. La incorporación de áridos reciclados en la fabricación de hormigones, surge principalmente debido a un factor ambiental ya que se destaca la reducción en el consumo de materias primas, disminución de la emisión de contaminantes a la atmósfera derivados de los procesos de extracción de áridos naturales entre otros. La Instrucción Española del Hormigón, EHE, limita el contenido de reemplazo de áridos reciclados hasta un máximo del 20% en hormigones estructurales, principalmente por su alto valor de absorción y su considerable reducción en la resistencia mecánica. Lo que se plantea en el presente estudio es proporcionar diversos modelos matemáticos sencillos, que sean capaces de predecir el comportamiento mecánico del hormigón en la medida que se añade árido reciclado. Se ha elaborado una base de datos con de 343 diferentes mezclas de hormigones con árido reciclado, recolectados de publicaciones efectuadas en revistas científicas, esta es la que ha servido para poder alimentar el programa denominado Polimodels, el cual utilizando diferentes algoritmos de regresión no lineal es capaz de generar los diferentes modelos. El criterio de selección para el mejor modelo se ha efectuado en base al modelo con el menor Coeficiente de Variación Porcentual Media (CVPmed) y el Coeficiente de Determinación (R2 ) como medida complementaria de análisis, pero en algunos también se ha seleccionado el modelo que se aprecia más sencillo al momento de la sustitución de los datos. Se proponen tres modelos de resistencia mecánica a compresión, seis modelos de resistencia a tracción y seis para el módulo de elasticidad, haciendo un total de 15 diferentes modelos de predicción. Estos modelos serán dependientes de ciertos parámetros físicos y mecánicos del árido reciclado como ser el porcentaje de absorción, coeficiente de desgaste de los ángeles y del porcentaje de sustitución. Se puede apreciar la notable reducción en las propiedades mecánicas debido a la influencia que posee la incorporación de áridos reciclados en los hormigones, de igual forma el mejor ajuste de los modelos en la medida que poseemos más variables independientes que nos ayuden a predecir el comportamiento del hormigón reciclado