Theoretical and experimental study on macro-synthetic fiber-reinforced concrete submitted to cooling processes

Abstract

When precast concrete used for TBM tunnel segments is submitted to cooling processes (due to the temperature gradient between the concrete and the environment in which it is set to cool), thermal deformations are bound to appear. These deformations, however, aren’t usually enough to affect concrete behaviour drastically. The scenario changes when temperature, humidity and other climate factors are severe: great temperature gradients, among other factors, are bound to produce differential thermal shrinkage thus producing tensile stresses in concrete elements and, consequently, appearance of cracks. The aim of the present thesis is to analyse how Plastic-Fibre-Reinforced-Concrete (PFRC) behaves in the previously mentioned cooling phases in order to study the ability of macro-synthetic fibres to bridge potential cracks in external faces of the concrete elements. For this purpose, an experimental campaign was carried out with PFRC specimens in order to obtain and analyse mechanical traits of the elements in question, including residual flexural strength which would help understand cracking behaviour.

Cuando el hormigón prefabricado utilizado para fabricar dovelas de túneles se somete a procesos de enfriamiento (debido al gradiente de temperatura entre el hormigón y el ambiente al que está expuesto), aparecen deformaciones térmicas. No obstante, estas deformaciones no suelen ser lo suficientemente graves como para causar daños notables al comportamiento del elemento. El escenario cambia cuando ciertos factores climáticos (temperatura y la humedad entre otros) se presentan de manera severa: grandes gradientes de temperatura, entre otras causas, provocará muy probablemente retracción térmica diferencial, provocando tensiones de tracción en las caras externas de los elementos y, a su vez, produciendo fisuras en los mismos. La respuesta de hormigones reforzados con fibras de plástico (HRFP) en régimen de enfriamiento y bajo temperaturas reducidas es aún desconocido. En este trabajo de investigación se pretende caracterizar el comportamiento del HRF en fase de enfriamiento con el fin de estudiar la capacidad de las fibras para coser potenciales fisuras en las caras externas de los elementos. Por este motivo, se ha llevado a cabo una campaña experimental en la que se han ensayado probetas de hormigón reforzado con fibras plásticas con tal de analizar la respuesta mecánica de los elementos en cuestión, incluyendo la resistencia residual, la cual juega un rol importante en predecir el comportamiento antes fisuras del hormigón.