Empuje lateral del hormigón fresco sobre elementos de encofrado vertical: estudio experimental y desarrollo de un modelo empírico.

Para realizar el diseño de encofrados verticales, debe considerarse el valor de la presión lateral realizada por el hormigón en estado fresco. La solución más conservadora es la distribución hidrostática de un líquido de igual densidad que el hormigón, cuya utilización produciría encofrados robustos y de un elevado costo. Además, el aspecto económico se ve limitado por la seguridad: una subestimación de la presión lateral puede dar lugar a piezas de mala calidad o, en el peor de los casos, el fallo del encofrado. Por lo tanto, un conocimiento detallado no solamente de la máxima presión lateral, sino también de su velocidad de decaimiento, permitiría diseñar en forma óptima los encofrados verticales, así como los tiempos mínimos de desencofrado, con el consiguiente incremento en su competitividad. Sin embargo, dada la naturaleza heterogénea de las propiedades del hormigón fresco y la gran cantidad de factores que influyen en el fenómeno, la determinación de la máxima presión lateral es una tarea compleja, que generalmente se resuelve a partir de un modelo experimental. En la presente Tesis, la investigación se ha centrado en la presión lateral realizada por el hormigón vibrado, con el objetivo de realizar recomendaciones para la práctica habitual del cálculo de encofrados. Aproximadamente 200 datos experimentales, obtenidos por diferentes autores, han sido recopilados de la bibliografía. Estos datos han permitido, en primer lugar, evaluar la precisión de los distintos modelos experimentales, discutiendo en función del nivel de control de obra, la velocidad de llenado y la sección transversal de la pieza a realizar (columnas, paredes o grandes volúmenes de hormigón). En segundo lugar, detectar zonas donde es necesario un mayor esfuerzo experimental para mejorar los modelos empíricos. Posteriormente, se han realizado dos campañas experimentales, las cuales han permitido continuar con la evaluación de los modelos experimentales y determinar la influencia en la máxima presión lateral de factores que no se encuentran estudiados, o presentan contradicciones, en la bibliografía. En general, los datos experimentales recopilados y obtenidos muestran que la presión lateral es menor que la correspondiente a la distribución hidrostática. Por otro lado, las predicciones de los diferentes modelos a altas velocidades de llenado (> 10 m/hr) suelen coincidir con la distribución hidrostática. Para resolver este problema, se ha desarrollado un modelo experimental en base a intervalos de confianza de regresiones lineales simples, que permite obtener mejores resultados en el cálculo de la máxima presión lateral a elevadas velocidades de llenado. Así mismo, se ha propuesto un método basado en Splines cúbicos de alisado para determinar la velocidad de decaimiento de la presión lateral. Este método ha sido aplicado a una de las campañas experimentales para determinar la influencia de varios factores en la velocidad inicial de decaimiento de la presión lateral. Se pretende que todo el trabajo realizado en esta tesis permita el desarrollo de herramientas que permitan optimizar el diseño de encofrados verticales, así como avanzar en la mejora del conocimiento de los tiempos mínimos de desencofrado

Parametric modelling of 3D printed concrete segmented beams with rebars under bending moments

3D concrete printing is gaining relevance as a technology for the manufacture of lightweight components and complex freeform shells. Nevertheless, the insertion of reinforcing elements to withstand tensile stress, the fabrication of large structures, and the insertion of joints between different segments are some targets that are still to be addressed for its full development. A new method which also includes a novel parametric model is presented in this study to simulate the performance of 3DPC reinforced segmented beams subjected to 3-point bending tests. In addition to the geometry of the complete beam, the beam segments, different materials, and the rebar, which were considered in previous works, the material age and the interface between segments and rebar-concrete adhesion are also considered in the new method. The method is com-plemented by a new set of programmed routines that connect commercial design and finite element calculation programs, requiring only one user interaction with an initial routine to generate the estimated performance of a component in a 3-point flexural test in a given set of cases. Finally, the method was validated through direct comparisons with experimental tests

Optimización del tiempo de desencofrado en piezas verticales de Hormigón Autocompactante: Desarrollo de metodología y estudio experimental.

The construction industry has been changing and evolving as well as the technological advances that aim at increasing the freedom of construction designs at its most. The self-compacting concrete, due to its characteristics is easily adapted to modern requirements, since it is able to flow and consolidate under its own weight, with no need of any method of compacting, and at the same time, it is cohesive enough to fill all the spaces of any size and shape, without segregation and bleeding. These characteristics, apart from being useful in the construction of complex structures or when the density of reinforcement is very high, they also allow to increase the rate of placement, reducing the construction time. However, these advantages lead to the necessity of modifying the criteria considered in the design of vertical formworks compared to the ones used in conventional concrete. The cost of formworks can be up to 60% of the cost of the concrete structure. The way to optimize this cost would depend on two factors: the minimum time needed to remove the formwork, so that it can be reused and consequently increase its competitiveness; and the correct selection of its panels, which depends on the lateral pressure caused by concrete, which they have to be able to support. The demoulding time is affected by the development of the concrete resistance, since the formwork will be removed once the concrete is able to support itself and the corresponding efforts of the striking. In this thesis, the research has been focused on the development of a demoulding methodology, with its respective analysis and its experimental validation in situ. In order to apply this methodology it is necessary to determine two parameters: resistance and temperature. Thus, the study of the different existing methodologies in the literature to determine the resistance of concrete at early ages has been deepened. Consequently, an experimental campaign has been made with the elaboration of about ten beams and a hundred cylindrical specimens of concrete to study which of these methodologies best fits to the methodology described above. Once that experimental campaign was completed, the demoulding methodology was validated in two real constructions placed in Montevideo, with different mixtures and at different times of the year. On the other hand, as previously explained, the design of vertical formworks also includes a correct selection of the panels which depend on the lateral pressure that they have to support. Therefore, overrating the pressure would lead to thicker panels and higher cost. The most conservative solution to determine the lateral pressure is to consider the hydrostatic distribution of a liquid with the same density of concrete, whose use would produce robust formworks and at a very high cost. What is more, the economical aspect is limited by safety since underestimating the lateral pressure can lead to bad quality pieces or, even worse, to faulty formworks. From the bibliography , about 130 experimental data records, obtained by different authors, have been compiled. This data has enabled, firstly, to detect the areas where a major experimental effort is necessary. For this reason, an experimentalcampaign to study the influence of the temperature and the presence of reinforcement and its quantity on the formwork striking times and the value of the lateral pressure exerted by the SCC has been made. Secondly, this data has allowed to evaluate the precision of the different experimental models described to predict the maximum lateral pressure, regarding the level of control in the construction and the rate of placement of the SCC into the formwork. Finally, a statistical model based on confidence intervals of simple linear regressions,which allows to obtain very good results of the predicted maximum lateral pressure in situ was developed. It is intended that all the work conducted in this thesis allowing the development of tools to optimize the minimum demoulding time and the improving of the knowledge of the lateral pressure exerted by this type new type of concretes.La industria de la construccion actual ha ido evolucionando al ritmo de los avances tecnologicos que aspiran a incrementar al maximo la libertad de diseno de las estructuras. El hormigon autocompactante se adapta facilmente a las exigencias modernas, ya que tiene la capacidad de fluir y consolidarse bajo su propio peso, sin necesidad de compactacion, y al mismo tiempo, es lo suficientemente cohesivo para llenar todos los espacios del encofrado sin segregacion y sangrado. Estas caracteristicas, ademas de ser muy utiles en la ejecucion de estructuras complejas y densamente armadas, permiten aumentar la velocidad de llenado, reduciendo el tiempo de obra. Sin embargo, estas ventajas conllevan a la necesidad de modificar los criterios del diseno de encofrados verticales utilizados para hormigones convencionales. El coste de los encofrados puede llegar al 60% del costo de la estructura de hormigon. La forma de optimizar dicho coste depende de dos factores: el tiempo minimo necesario para retirar el encofrado, para que este pueda ser reutilizado y de esta forma incrementar su rentabilidad; y la correcta eleccion de sus paneles, que depende de la presion lateral que le ejerce el hormigon, y que los mismos deben ser capaces de soportar. El tiempo de desencofrado se ve condicionado por el desarrollo de resistencia de la mezcla, ya que el encofrado podra ser retirado una vez que la misma sea capaz de soportarse a si misma y a los esfuerzos correspondientes a dicha tarea. La presente Tesis se ha centrado en el desarrollo de una metodologia de desencofrado, con su correspondiente analisis, y su validacion experimental en obra. Para la aplicacion de dicha metodologia es necesario registrar dos parametros: resistencia y temperatura. De esta manera, se profundizo en el estudio delas distintas metodologias existentes en la literatura para determinar la resistencia del hormigon a edades tempranas. Posteriormente, se realizo una campana experimental, con la elaboracion de aproximadamente 10 vigas y 100 probetas de hormigon para estudiar el ensayo que mejor se ajusta a la metodologia de desencofrado descrita. Una vez finalizada dicha campana experimental, se procedio a validar la metodologia de desencofrado en dos obras reales ubicadas en Montevideo, con diferentes dosificaciones y en diferentes epocas del ano. Por otro lado, tal como se ha explicado anteriormente, el diseno de los encofrados verticales tambien incluye una correcta eleccion de los paneles que lo componen. Esta eleccion depende de la presion lateral que la mezcla realice sobre dichos paneles, ya que una sobrestimacion de la misma conduciria a elegir paneles de mayor espesor y, por lo tanto, mayor costo. La solucion mas conservadora para la determinacion de la presion lateral es considerar la distribucion hidrostatica de un liquido de igual densidad que el hormigon, cuya utilizacion produciria encofrados sobredimensionados. Ademas, el aspecto economico se ve limitado por la seguridad, ya que una subestimacion de la presion lateral puede dar lugar a piezas de mala calidad o, en el peor de los casos, el fallo del encofrado. Se han recopilado en la bibliografia aproximadamente 126 datos experimentales obtenidos por diferentes autores. Estos datos han permitido, en primer lugar, detectar areas donde era necesario un mayor esfuerzo experimental. En ese sentido, se ha realizado una campana experimental para estudiar la influencia de la temperatura y la presencia de armaduras, y su cuantia, en los tiempos de desencofrado y en el valor de la presion lateral. En segundo lugar, dicha base de datos permitio evaluar la precision de los distintos modelos experimentales descritos,para predecir la maxima presion lateral, en funcion del nivel de control de la obra y la velocidad de llenado. Finalmente, se ha desarrollado un modelo estadistico, en base a intervalos de confianza de regresiones lineales simples, que permite obtener muy buenos resultados de la prediccion de la maxima presion lateral in situ, optimizando su valor en el caso de elevadas velocidades de llenado. Se pretende que todo el trabajo realizado en esta Tesis permita el desarrollo de herramientas que optimicen los tiempos minimos de desencofrado, asi como avanzar en la mejora del conocimiento de la presion lateral ejercida por estos hormigones altamente fluidos

Optimización del tiempo de desencofrado en piezas verticales de Hormigón Autocompactante: Desarrollo de metodología y estudio experimental.

The construction industry has been changing and evolving as well as the technological advances that aim at increasing the freedom of construction designs at its most. The self-compacting concrete, due to its characteristics is easily adapted to modern requirements, since it is able to flow and consolidate under its own weight, with no need of any method of compacting, and at the same time, it is cohesive enough to fill all the spaces of any size and shape, without segregation and bleeding. These characteristics, apart from being useful in the construction of complex structures or when the density of reinforcement is very high, they also allow to increase the rate of placement, reducing the construction time. However, these advantages lead to the necessity of modifying the criteria considered in the design of vertical formworks compared to the ones used in conventional concrete. The cost of formworks can be up to 60% of the cost of the concrete structure. The way to optimize this cost would depend on two factors: the minimum time needed to remove the formwork, so that it can be reused and consequently increase its competitiveness; and the correct selection of its panels, which depends on the lateral pressure caused by concrete, which they have to be able to support. The demoulding time is affected by the development of the concrete resistance, since the formwork will be removed once the concrete is able to support itself and the corresponding efforts of the striking. In this thesis, the research has been focused on the development of a demoulding methodology, with its respective analysis and its experimental validation in situ. In order to apply this methodology it is necessary to determine two parameters: resistance and temperature. Thus, the study of the different existing methodologies in the literature to determine the resistance of concrete at early ages has been deepened. Consequently, an experimental campaign has been made with the elaboration of about ten beams and a hundred cylindrical specimens of concrete to study which of these methodologies best fits to the methodology described above. Once that experimental campaign was completed, the demoulding methodology was validated in two real constructions placed in Montevideo, with different mixtures and at different times of the year. On the other hand, as previously explained, the design of vertical formworks also includes a correct selection of the panels which depend on the lateral pressure that they have to support. Therefore, overrating the pressure would lead to thicker panels and higher cost. The most conservative solution to determine the lateral pressure is to consider the hydrostatic distribution of a liquid with the same density of concrete, whose use would produce robust formworks and at a very high cost. What is more, the economical aspect is limited by safety since underestimating the lateral pressure can lead to bad quality pieces or, even worse, to faulty formworks. From the bibliography , about 130 experimental data records, obtained by different authors, have been compiled. This data has enabled, firstly, to detect the areas where a major experimental effort is necessary. For this reason, an experimentalcampaign to study the influence of the temperature and the presence of reinforcement and its quantity on the formwork striking times and the value of the lateral pressure exerted by the SCC has been made. Secondly, this data has allowed to evaluate the precision of the different experimental models described to predict the maximum lateral pressure, regarding the level of control in the construction and the rate of placement of the SCC into the formwork. Finally, a statistical model based on confidence intervals of simple linear regressions,which allows to obtain very good results of the predicted maximum lateral pressure in situ was developed. It is intended that all the work conducted in this thesis allowing the development of tools to optimize the minimum demoulding time and the improving of the knowledge of the lateral pressure exerted by this type new type of concretes.La industria de la construccion actual ha ido evolucionando al ritmo de los avances tecnologicos que aspiran a incrementar al maximo la libertad de diseno de las estructuras. El hormigon autocompactante se adapta facilmente a las exigencias modernas, ya que tiene la capacidad de fluir y consolidarse bajo su propio peso, sin necesidad de compactacion, y al mismo tiempo, es lo suficientemente cohesivo para llenar todos los espacios del encofrado sin segregacion y sangrado. Estas caracteristicas, ademas de ser muy utiles en la ejecucion de estructuras complejas y densamente armadas, permiten aumentar la velocidad de llenado, reduciendo el tiempo de obra. Sin embargo, estas ventajas conllevan a la necesidad de modificar los criterios del diseno de encofrados verticales utilizados para hormigones convencionales. El coste de los encofrados puede llegar al 60% del costo de la estructura de hormigon. La forma de optimizar dicho coste depende de dos factores: el tiempo minimo necesario para retirar el encofrado, para que este pueda ser reutilizado y de esta forma incrementar su rentabilidad; y la correcta eleccion de sus paneles, que depende de la presion lateral que le ejerce el hormigon, y que los mismos deben ser capaces de soportar. El tiempo de desencofrado se ve condicionado por el desarrollo de resistencia de la mezcla, ya que el encofrado podra ser retirado una vez que la misma sea capaz de soportarse a si misma y a los esfuerzos correspondientes a dicha tarea. La presente Tesis se ha centrado en el desarrollo de una metodologia de desencofrado, con su correspondiente analisis, y su validacion experimental en obra. Para la aplicacion de dicha metodologia es necesario registrar dos parametros: resistencia y temperatura. De esta manera, se profundizo en el estudio delas distintas metodologias existentes en la literatura para determinar la resistencia del hormigon a edades tempranas. Posteriormente, se realizo una campana experimental, con la elaboracion de aproximadamente 10 vigas y 100 probetas de hormigon para estudiar el ensayo que mejor se ajusta a la metodologia de desencofrado descrita. Una vez finalizada dicha campana experimental, se procedio a validar la metodologia de desencofrado en dos obras reales ubicadas en Montevideo, con diferentes dosificaciones y en diferentes epocas del ano. Por otro lado, tal como se ha explicado anteriormente, el diseno de los encofrados verticales tambien incluye una correcta eleccion de los paneles que lo componen. Esta eleccion depende de la presion lateral que la mezcla realice sobre dichos paneles, ya que una sobrestimacion de la misma conduciria a elegir paneles de mayor espesor y, por lo tanto, mayor costo. La solucion mas conservadora para la determinacion de la presion lateral es considerar la distribucion hidrostatica de un liquido de igual densidad que el hormigon, cuya utilizacion produciria encofrados sobredimensionados. Ademas, el aspecto economico se ve limitado por la seguridad, ya que una subestimacion de la presion lateral puede dar lugar a piezas de mala calidad o, en el peor de los casos, el fallo del encofrado. Se han recopilado en la bibliografia aproximadamente 126 datos experimentales obtenidos por diferentes autores. Estos datos han permitido, en primer lugar, detectar areas donde era necesario un mayor esfuerzo experimental. En ese sentido, se ha realizado una campana experimental para estudiar la influencia de la temperatura y la presencia de armaduras, y su cuantia, en los tiempos de desencofrado y en el valor de la presion lateral. En segundo lugar, dicha base de datos permitio evaluar la precision de los distintos modelos experimentales descritos,para predecir la maxima presion lateral, en funcion del nivel de control de la obra y la velocidad de llenado. Finalmente, se ha desarrollado un modelo estadistico, en base a intervalos de confianza de regresiones lineales simples, que permite obtener muy buenos resultados de la prediccion de la maxima presion lateral in situ, optimizando su valor en el caso de elevadas velocidades de llenado. Se pretende que todo el trabajo realizado en esta Tesis permita el desarrollo de herramientas que optimicen los tiempos minimos de desencofrado, asi como avanzar en la mejora del conocimiento de la presion lateral ejercida por estos hormigones altamente fluidos