Relationship between Cube Compressive Strength and Cylinder Splitting Tensile Strength

Γεωργίου, Μιχάλης; Ρούκα, Δήμητρα; Georgiou, Michalis; Rouka, Dimitra

dc.contributor.author	Γεωργίου, Μιχάλης	el
dc.contributor.author	Ρούκα, Δήμητρα	el
dc.contributor.author	Georgiou, Michalis	en
dc.contributor.author	Rouka, Dimitra	el
dc.date.accessioned	2020-01-16T10:39:37Z
dc.date.available	2020-01-16T10:39:37Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49654
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17352
dc.rights	Default License
dc.subject	Διάρρηξη	el
dc.subject	Θλίψη	el
dc.subject	Σκυρόδεμα	el
dc.subject	Concrete	el
dc.subject	Συσχέτιση αντοχών	el
dc.subject	Ασβεστολιθικά αδρανή	el
dc.subject	Compressive strength	el
dc.subject	Splitting tensile strength	el
dc.subject	Limestone aggregates	el
dc.subject	Relationship between strengths	el
dc.title	Relationship between Cube Compressive Strength and Cylinder Splitting Tensile Strength	en
dc.title	Σχέση Αντοχής σε Διάρρηξη προς Αντοχή σε Θλίψη	el
dc.contributor.department	Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	for Concrete with Limestone Aggregates	en
heal.secondaryTitle	για Σκυροδέματα με Ασβεστολιθικά Αδρανή Αττικής	el
heal.classification	Σκυρόδεμα	el
heal.classification	Concrete	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-06-24
heal.abstract	Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η συμβολή στον προσδιορισμό μίας αξιόπιστης σχέσης μεταξύ θλιπτικής και εφελκυστικής αντοχής για σκυροδέματα. Για αυτό το σκοπό, χρησιμοποιήθηκαν 336 δοκίμια, 168 κυβικά, ακμής 150 mm και 168 κυλινδρικά, ύψους 300 mm και διαμέτρου 150 mm. Για την δειγματοληψία και παρασκευή των δοκιμίων, η οποία πραγματοποιήθηκε κατά την περίοδο Ιανουαρίου-Ιουνίου, συνέβαλαν τρεις ανεξάρτητες μονάδες παραγωγής σκυροδέματος με το τεχνικό τους προσωπικό. Τα δοκίμια συντηρήθηκαν για ένα διάστημα (7-10 ημέρες) στο θάλαμο συντήρησης της μονάδας και εν συνεχεία μεταφέρθηκαν στο εργαστήριο ΕΜΠ, όπου σε ηλικία 28 ημερών πραγματοποιήθηκε η θραύση τους σε θλίψη και σε διάρρηξη. Χρησιμοποιήθηκαν μόνο μίγματα με θραυστά ασβεστολιθικά αδρανή, μίγματα τα οποία καλύπτουν την πλειονότητα των σκυροδεμάτων που παράγονται στον ελλαδικό χώρο. Η εργασία χωρίζεται σε έξι κεφάλαια, το περιεχόμενο των οποίων παρουσιάζεται συνοπτικά στις επόμενες παραγράφους. Στο πρώτο κεφάλαιο, αναλύονται γενικά οι βασικές αρχές – ιδιότητες που διέπουν το σκυρόδεμα σαν υλικό, γίνεται μια περιγραφή της συμπεριφοράς του σκυροδέματος, παρουσιάζονται οι διάφορες δοκιμές προσδιορισμού της θλιπτικής και εφελκυστικής αντοχής και αναλύονται οι παράγοντες επιρροής της αντοχής του. Στο δεύτερο κεφάλαιο, γίνεται μία ανασκόπηση της συσχέτισης μεταξύ θλιπτικής και εφελκυστικής αντοχής, μέσα από διάφορες δημοσιεύσεις που εντοπίστηκαν, μετά από βιβλιογραφική έρευνα. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στις εργασίες που αφορούν ορισμένες ιδιαιτερότητες και διαφορές της δοκιμής από την θεωρία της γραμμικής ελαστικότητας στην οποία βασίζεται ο υπολογισμός της αντοχής σε διάρρηξη καθώς και στις διάφορες έρευνες που έχουν ως αντικείμενο τη σχέση της αντοχής σε θλίψη με την αντοχή σε διάρρηξη. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την παρασκευή των δοκιμίων στις μονάδες σκυροδέματος, την συντήρηση και την θραύση των δοκιμίων σύμφωνα με τα αντίστοιχα πρότυπα για δοκιμή σε θλίψη και δοκιμή σε διάρρηξη. Στο τέταρτο κεφάλαιο, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της πειραματικής διαδικασίας, πριν και μετά τους στατιστικούς ελέγχους που πραγματοποιήθηκαν και την απόρριψη ορισμένων τιμών με βάση τις απαιτήσεις επαναληψιμότητας των ΕΝ 12390 και ASTM C196. Αναφέρονται οι μορφές εξισώσεων που διερευνήθηκαν, καθώς και τα κριτήρια που οδήγησαν στην τελική επιλογή της κατάλληλης σχέσης θλιπτικής – εφελκυστικής αντοχής σε διάρρηξη (fc - fct,sp). Στη συνέχεια γίνεται σχολιασμός των αποτελεσμάτων και ανάλυση για την επιλογή των καταλληλότερων εξισώσεων που προσεγγίζουν ορθότερα τη σχέση fc - fct,sp. Γίνεται, επίσης, σύγκριση με τις σπουδαιότερες από τις σχέσεις που έχουν προταθεί από την ξένη βιβλιογραφία και αποδεικνύεται ότι οι προτεινόμενες σχέσεις είναι σε πλήρη συμφωνία με αυτές, με την παρατήρηση ότι οι σχέσεις που προτείνονται από αυτή την εργασία, προβλέπουν, στις περισσότερες περιπτώσεις, για την ίδια αντοχή σε θλίψη, ελαφρώς μεγαλύτερες αντοχές σε διάρρηξη, γεγονός που είναι αναμενόμενο δεδομένης της χρήσης των θραυστών ασβεστολιθικών αδρανών. Στις πολύ χαμηλές αντοχές, παρατηρείται μια τάση των προτεινόμενων εξισώσεων να καμπυλώνουν προς τα κάτω, με αποτέλεσμα για την ίδια αντοχή σε θλίψη, να προκύπτουν μικρότερες αντοχές σε διάρρηξη, συγκριτικά με τις σχέσεις της βιβλιογραφίας. Αυτό, θα μπορούσε να αποδοθεί στο πολύ μικρό πλήθος χαμηλών αντοχών που συγκεντρώθηκαν στην παρούσα εργασία. Στο πέμπτο κεφάλαιο εξάγονται τα τελικά συμπεράσματα. Από τις εξετασθείσες εξισώσεις παλινδρόμησης, φαίνεται ότι η πολυωνυμική και η εκθετική παρουσιάζουν καλύτερη προσέγγιση στις ευρεθείσες τιμές, σε όλο σχεδόν το εύρος των αντοχών που εξετάστηκαν, με κριτήριο την μορφή της καμπύλης τόσο στις χαμηλές τιμές του fc (διέλευση από το μηδέν), όσο και στις υψηλές τιμές του fc. Επιπρόσθετα, και η λογαριθμική καμπύλη φαίνεται να προβλέπει αρκετά καλά την αντοχή σε διάρρηξη, για τιμές του fc μεγαλύτερες από 20 MPa (fc ≥ 20 MPa). Πολυωνυμική Εξίσωση: fct,sp = -0.0006 fc^2 + 0.1098 fc + 0.048 Εκθετική Εξίσωση: fct,sp = 0.224 fc^0.7376 Λογαριθμική Εξίσωση: fct,sp = 2.2314 ln(fc) - 4.7174 για fc ≥ 20 MPa Τέλος, από την παρούσα εργασία, βρέθηκε ότι ο λόγος αντοχής σε διάρρηξη κυλινδρικών δοκιμίων προς αντοχή σε θλίψη κυβικών δοκιμίων (fct,sp/fc,cube) κυμαίνεται μεταξύ 4.8% και 12.2% (4.8% ≤ fct,sp/fc,cube ≤ 12.2%).	el
heal.abstract	This research report aims at contributing in the development of a reliable relationship between cube compressive strength and cylinder splitting tensile strength for concrete. For this purpose 168 cubes(150 mm) and 168 cylinders (150 mm diameter, 300mm height) were prepared from samples taken directly for the agitating lorry from three ready-mix plants during the period of January – June. The specimens were prepared by the technical staff of the ready –mix unit and were cured for about 10 days at the laboratory of the unit after which they were transferred to the NTUA Concrete Laboratory curing room and were tested at an age of 28 days using a Wycheham testing machine. Only crushed limestone aggregates were used for manufacturing of concrete, a fact that is in line with the majority of the concrete produced in Greece. The report consists of six chapters, the contents of which are in brief presented in the following. The first chapter is a brief state of the art of the main properties of the concrete and its constituents and on the mechanisms and factors that influence concrete behavior. The various tests for determining concrete strength (compressive, tensile, flexural, splitting) along with the various factors that influence their results and their reliability are presented and criticized accordingly. In the second chapter, the relationships between compressive and tensile strength with particular reference to splitting strength are reviewed. More specifically, the various research reports dealing with some particular points concerning the initiation and propagation of the failure crack together with the type of failure in general and the differences of the linear elastic behavior assumed for the strength calculation are presented and discussed. The various reports concerning the relationship between compressive strength and splitting strength are also presented and discussed. The third chapter describes analytically the procedures followed for the preparation of the specimens in the ready-mix plants, the curing and testing of the specimens and the testing standards followed. In the fourth chapter, the testing results are presented together with an initial statistical analysis used to check their reliability, based on the repeatability requirements of EN-12390 and ASTM C196. The results in the form of mean values of three specimens or as individual values are subsequently used to carry out regression analysis based on linear, power, polynomial and logarithmic models. In general, the equations do not have great differences between them with the exception of the low and high values where the differences become greater. The models are compared for goodness of fit: a) empirically by the observation of the form of the curve and its fitness in the range of low fc values and b) using the Integral Absolute Error I.A.E as criterion This index measures the deviations of data from the regression equation and equals 0 when all predicted values are equal to the observed values. The most reliable regression equation is that which has the smallest IAE value. Since in many cases the IAE values were very close together, the comparison of the equation was supplemented empirically by simple observation of the curves especially at the limits of the observed data. It should also be noted that the correlation coefficient R2, although is given by the software “EXCEL”, it is not used for comparing the goodness of fit, since R2 for nonlinear regression is an invalid goodness-of-fit statistic. The regression equations rank as following in terms of the smallest value of IAE (%): Logarithmic: fct,sp = 2.2314 ln(fc) - 4.7174 IAE = 8.27% Polynomial: fct,sp = -0.0006 fc^2 + 0.1098 fc + 0.048 IAE = 8,31% Power: fct,sp = 0.224 fc^0.7376 ΙΑΕ = 8.83% Linear: fct,sp = 0.056 fc + 1.1341 IAE = 9.26% Τhe goodness of fit of each regression equation is supplemented by the observation of each curve concerning goodness of fit in the low range of values and also of its form and specifically whether the shape of the curve for very low values shows a trend of passing through the point 0,0 which theoretically is an extreme point of the relationship. According to this procedure the logarithmic equation and the linear equation have the disadvantage that they deviate very much at the low values from point (0, 0) and therefore, the polynomial and the power equations are considered as the most suitable regression equations. More specifically the polynomial equation allows mathematically the point (0, 0) to be taken into consideration in determining the parameters of the equation and in this case the IAE value is further reduced. However, the differences between the well established by numerous reports power equation and the polynomial equation are very small in order to clearly define the most suitable one. The derived regression equations were compared with the most known equations from the bibliography and the results are shown in Fig 1. It can be seen that the equations of this research, in general, show higher splitting values for the same compressive strength. This is attributed to the well-known beneficial effect of the crushed limestone aggregates on the relationship compression-tension. Furthermore, it can be seen that at lower values the derived equations show lower splitting values for the same compressive strength. This could attributed to the small number of low strength specimens that were collected for this research report. In the fifth chapter, are presented the final conclusions. The following equations were found to fit well the data points of the current study: Polynomial: fct,sp = -0.0006 fc^2 + 0.1098 fc + 0.048 Power: fct,sp = 0.224 fc^0.7376 Logarithmic: fct,sp = 2.2314 ln(fc) - 4.7174 when fc ≥ 20 MPa Also, it was found that the ratio between cylinder spilitting tensile strength and cube compressive strength (fct,sp/fc,cube) varies between 4.8% and 12.2% (4.8% ≤ fct,sp/fc,cube ≤ 12.2%). Finally, in the sixth chapter, some proposals for future study are mentioned.	en
heal.advisorName	Κόλιας, Στυλιανός	el
heal.advisorName	Μπαδογιάννης, Ευστράτιος	el
heal.committeeMemberName	Κόλιας, Στυλιανός	el
heal.committeeMemberName	Μπαδογιάννης, Ευστράτιος	el
heal.committeeMemberName	Ζέρης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	154 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true