Modelos predictivos de las características prestacionales de hormigones fabricados en condiciones industriales

Abstract

[EN] Nowadays concrete is the most used material in construction. This is because of its malleability, its ability to resist compressive and its economy. The benefits of concrete depend on its composition, curing conditions and the blending method and conditions. The basic specifications of this material, demanded by the petitioner to the manufacturer, are the compressive strength and the consistency, which indicates the workability. This thesis is a contribution to the knowledge and research of the influence that different parameters have on the compressive strength and on the consistency of the concrete produced in industrial conditions, and also contributes to the performance of predictive modelling with these characteristics.

Most of the concrete used in construction is manufactured in ready-mixed concrete plants or in plants of construction. The characteristics of this concrete are the following: a strength between 25 and 30 N/mm2, soft or fluid consistency, placed by pouring or pumping and compacted by vibration. The conditions of production on the plant are affected by conditions of the industrial process and the business itself; being the amount of water in the mixture indirectly controlled.

This paper presents an extensive database of thousands of test results on compressive resistance and consistency of the concrete produced in the same plants and varying the dosage, type of cement and additives. There are also taken into account other aspects such as the inclusion of fibres, the concrete and room temperature or when the concrete specimens are made. A second database is created by tests performed on a short period of time with the same cement and additive and taking into account the exact water-cement relationship. Furthermore, a convenient characterization of the constituent materials of the tested concrete has been done.

To analyse the influence of different parameters and technological and environmental factors on the compressive strength, in the evolution of it over time, and on the consistency of concrete, firstly classical statistics has been used, more precisely multiple linear regression, analysis of variance (ANOVA) and multivariate analysis have been used. It has also been verified the fit of the experimental data to the models existing in literature and to the new proposed behaviour models.

Finally artificial neural networks have been developed to predict the compressive strength or the consistency of concrete depending on input variables, as well as for obtaining behaviour models. The results obtained by the application of artificial neural networks are proofed to be more efficient and better than those obtained by statistical methods.

[ES] En la actualidad el hormigón es el material más empleado en la construcción debido a su moldeabilidad, a su capacidad de resistir esfuerzos de compresión y a su economía. Las prestaciones del hormigón dependen de su composición, de las condiciones de curado y del método y condiciones de mezclado. Las especificaciones básicas del hormigón demandadas por el peticionario al fabricante son la resistencia a compresión y la consistencia, que indica la trabajabilidad del mismo. Esta tesis es una contribución al conocimiento y la investigación de la influencia de diferentes parámetros en la resistencia a compresión y la consistencia del hormigón fabricado en condiciones industriales y la elaboración de modelos predictivos de dichas características prestacionales.

La mayor parte de los hormigones que se emplean en construcción se fabrican en centrales de hormigón preparado o en centrales de obra, y se corresponden con hormigones de resistencia entre 25 y 30 N/mm2, consistencia blanda o fluida, colocación mediante vertido o bombeo y compactación mediante vibración. Las condiciones de producción de hormigones en planta se ven afectadas por los condicionantes del proceso industrial y del negocio en sí, siendo controlada la cantidad de agua existente en la mezcla indirectamente.

En este trabajo se presenta una extensa base de datos construida con miles de resultados de ensayos de resistencia a compresión y consistencia realizados sobre hormigones fabricados en la misma planta y con diferentes dosificaciones, tipos de cemento y aditivos. Se tienen en consideración otros aspectos como la inclusión de fibras, la temperatura ambiente y del hormigón o la hora de realización de las probetas. Se crea una segunda base de datos de ensayos realizados en un periodo de tiempo corto con el mismo cemento y aditivo y teniendo en cuenta la relación agua/cemento exacta. Además, se ha realizado la conveniente caracterización de los materiales constituyentes de los hormigones ensayados.

Para analizar la influencia de los diferentes parámetros y factores tecnológicos y ambientales en la resistencia a compresión, en la evolución de la misma con el tiempo y en la consistencia del hormigón, se ha utilizado primeramente estadística clásica, concretamente análisis de regresión lineal múltiple, análisis de varianza (ANOVA) y análisis multivariante. También se ha verificado el ajuste de los datos experimentales a modelos existentes en la bibliografía y a nuevos modelos de comportamiento propuestos.

Finalmente se han elaborado redes neuronales artificiales para predecir la resistencia a compresión o la consistencia de un hormigón en función de diversas variables de entrada, al igual que para la obtención de modelos de comportamiento. Los resultados obtenidos mediante la aplicación de redes neuronales artificiales han sido más eficientes y mejores que los obtenidos mediante métodos estadísticos.

[CA] Actualment el formigó és el material més empleat en la construcció gràcies a ser moldejable, a la seua capacitat de resistir esforços de compresió i a la seua economia. Les prestacions del formigó depenen de la seua composició, de les condicions de curat i del mètode i condicions de mesclat. Les especificacions bàsiques demanades pel peticionari al fabricant són la resistència a la compresió i la consistència, que indica la treballabilitat del mateix. Aquesta tesi és una constribució al coneixement i a la investigació de la influència de diferents paràmetres en la resistència a la compresió i la consistència del formigó fabricat en condicions industrials i l'elaboració de models predictius d'aquestes característiques prestacionals.

La major part dels formigons empleats en la construcció es fabriquen en centrals de formigó preparat o en centrals d'obra, i es corresponen amb formigons de resistència entre 25 i 30 N/mm2, consistència tova o fluida, colocació mitjançant versament o bombament i compactació mitjançant vibració. Les condicions de producció de formigó en planta es venen afectades pels condicionants del procés industrial i del negoci en si, sent controlada la quantitat d'aigua existente en la mescla indirectament.

Aquest treball presenta una extensa base de dades construïda amb milers de resultats d'assajos de resistència a compresió i consistència realitzats sobre formigons fabricats en la mateixa planta i amb diferents dosificacions, tipus de ciment i additius. Es tenen en compte altres aspectes com la inclusió de fibres, la temperatura ambient i del formigó o l'hora de realització de les probetes. Es crea una segona base de dades d'assajos realitzats en un període de temps curt amb el mateix ciment i additiu i tenint en compte la relació aigua/ciment exacta. A més a més, s'ha realitzat la caracterització corresponent dels materials constituents dels formigons assajats.

Per a analitzar la influencia dels diferents paràmetres i factors tecnològics i ambientals en la resitència a compresió, en l'evolució d'aquesta en el temps i en la consistència del formigó, s'ha utilitzat l'estadistica clàssica, concretament anàlisi de regressió lineal múltiple, anàlisi de variància (ANOVA) i anàlisi multivariant. Alhora, s'ha verificat l'ajustament de les dades experimentals a models existents en la bibliografía i a nous models de comportament proposats.

Finalment s'han elaborat xarxes neuronals artificials per a predir la resistència a la compresió o la consistència d'un formigó en funció de diverses variables d'entrada, al igual que per a l'obtenció de models de comportament. Els resultats obtinguts mitjançant l'aplicació de xarxes neuronals artificials han sigut més eficients i millors que els obtinguts mitjançant mètodes estadistics.