Stochastic number of concrete families and the likelihood of such a value

• Autorzy: Jasiczak Józef , Kanoniczak Marcin , Smaga Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.140154

Warianty tytułu

PL

Stochastyczna liczba wyników badań tworzących rodzinę betonu i prawdopodobieństwo wystąpienia takich wartości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modern construction standards, both from the ACI, EN, ISO, as well as EC group, introduced numerous statistical procedures for the interpretation of concrete compressive strength results obtained on an ongoing basis (in the course of structure implementation), the values of which are subject to various impacts, e.g., arising from climatic conditions, manufacturing variability and component property variability, which are also described by specific random variables. Such an approach is a consequence of introducing the method of limit states in the calculations of building structures, which takes into account a set of various factors influencing structural safety. The term “concrete family” was also introduced, however, the principle of distributing the result or, even more so, the statistically significant size of results within a family was not specified. Deficiencies in the procedures were partially supplemented by the authors of the article, who published papers in the field of distributing results of strength test time series using the Pearson, t-Student, and Mann-Whitney U tests. However, the publications of the authors define neither the size of obtained subset and their distribution nor the probability of their occurrence. This study fills this gap by showing the size of a statistically determined concrete family, with a defined distribution of the probability of its isolation.

PL

Współczesne normy budowlane zarówno z grupy EN, ISO jak i EC wprowadziły wiele procedur statystycznych do interpretacji uzyskiwanych na bieżąco (w trakcie realizacji obiektu) wyników badań wytrzymałości betonu na ściskanie, której wartości podlegają różnym przypadkowym wpływom, na przykład wynikającym z warunków klimatycznych, zmienności produkcji zmienności właściwości składników, które również opisują określone zmienne losowe. Podejście takie jest konsekwencją wprowadzenia do obliczeń konstrukcji budowlanych metody stanów granicznych uwzględniającej zbiór różnych czynników wpływających na bezpieczeństwo konstrukcji. Z tego powodu wdrożono w ostatnich latach wiele procedur kontrolujących i regulujących dotrzymanie przez producenta betonu granicznych parametrów mieszanki, poczynając od statystycznej, globalnej oceny wytrzymałości, poprzez procedury przedziałowe (karty kontrolne Shewarta), po skomplikowane analizy stochastyczne, zawierające drobnoprzedziałowe oceny ciągów wyników badań o ujednoliconej, statystycznie istotnej, wartości parametrów podstawowych wytrzymałości. Szczególnie dużo uwagi poświeca się, zarówno w praktyce budowlanej jak i w rozważaniach teoretycznych, zagwarantowaniu przez producenta mieszanki wytrzymałości betonu z 95% prawdopodobieństwem jej wystąpienia. W normie europejskiej PN-EN 206-1 wprowadzono dodatkowo termin rodzina betonów (ang. Family of concrete concept), która określono jako “(...) grupę betonów o ustalonej i udokumentowanej zależności pomiędzy odpowiednimi właściwościami”, bez podania jednak oznaczeń ilościowych odnośnie wielkości tej grupy i stabilizacji cech (na przykład wytrzymałości betonu na ściskanie) w jakichkolwiek przedziałach czasowych. Przy wytwarzaniu w sposób ciagły dużych ilości mieszanki betonowej, poprawne oszacowanie rodziny betonów jest zasadne z punktu widzenia niezawodności eksploatowanych później konstrukcji budowlanych, o czym świadczy bogata literatura zacytowana w artykule. Przyporzadkowanie betonu do rodziny jest ściśle zwiazane z relacją pomiędzy wytrzymałością a uwarunkowaniami technologicznymi. Wyznaczenie oddzielnych zbiorów (rodzin betonów) jest podziałem ciągu wyników badań wytrzymałości betonu na ściskanie na grupy o statystycznie ustabilizowanych parametrach wytrzymałościowych w określonych przedziałach czasowych ich wykonania. Przedmiotem analiz zamieszczonych w niniejszej pracy jest więc określona, szczególnie duża liczba wyników badań wytrzymałości betonu na ściskanie zebranych w ciągu jednego roku podczas betonowania kilku obiektów hydrotechnicznych o takiej samej klasie wytrzymałościowej C35/45 i stałej recepturze z drobnymi modyfikacjami sezonowymi (lato, zima). W części teoretycznej pracy podano podstawy weryfikacji hipotez o wyodrebnieniu szeregów czasowych wytrzymałości o statystycznej zwartości, tworzących tzw. rodziny betonu. Rozdziału wyników badan szeregu czasowego wytrzymałości dokonano stosując testy Pearsona, t-Studenta i Manna-Whitneya. Na wybranym przykładzie określono liczby uzyskanych podzbiorów oraz prawdopodobieństwa wystąpienia takich liczności. Jest to istotne wzbogacenie teorii jakości betonu o liczność statystycznie wydzielonej rodziny betonu z określeniem rozkładu prawdopodobieństwa jej wyodrębnienia.

Słowa kluczowe

EN

compressive strength; concrete; continuous concreting; process control; concrete family; statistical method

PL

wytrzymałość na ściskanie; beton; kontrola ciągła; betonowanie; rodzina betonu; metoda statystyczna

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 1
• Strony: 27--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jasiczak Józef

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3643-9819

autor

Kanoniczak Marcin

• Poznan University of Technology, Faculty of Civil and Transport Engineering, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8017-645X

autor

Smaga Łukasz

• Adam Mickiewicz University, Faculty of Mathematics and Computer Science, Poznan, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2442-8816

Bibliografia

• [1] A. Sarja, “Durability design of cocnrete structures - Committee report 130-CSL”, Materials and Structures, 2017, vol. 33, pp. 14-20, DOI: 10.1007/BF02481691.
• [2] Concrete according to standard PN EN 206-1 - commentary - collective work supervised by prof. Lech Czarnecki. Kraków: Polski Cement, 2004.
• [3] I. Skrzypczak, W. Kokoszka, J. Zięba, A. Leśniak, D. Bajno, Ł. Bednarz, “A Proposal of a Method for Ready-Mixed Concrete Quality Assessment Based on Statistical-Fuzzy Approach”, Materials, 2020, vol. 13, no. 24, DOI: 10.3390/ma13245674.
• [4] I. Skrzypczak, L. Buda-Ozóg, J. Zięba, “Dual CUSUM chart for the quality control of concrete family”, Cement Wapno Beton, CWB, 2019, vol. 24, no. 4, pp. 276-285, DOI: 10.32047/CWB.2019.24.4.3.
• [5] I. Skrzypczak, L. Buda-Ozóg, T. Pytlowany, “Fuzzy method of conformity control for compressive strength of concrete on the basis of computational numerical analysis”, Meccanica, 2016, vol. 51, pp. 383-389, DOI: 10.1007/s11012-015-0291-0.
• [6] J. Jasiczak, “Probabilistic Criteria for the Control of Compressive Strength Stabiilization in Concrete”, Foundations of Civil and Environmental Engineering, 2011, no. 14, pp. 47-61.
• [7] J. Jasiczak, M. Kanoniczak, Ł. Smaga, “Standardized concept of a concrete family on the example of continuous Spiroll board production”, Budownictwo i Architektura, 2014, vol. 13, no. 2, pp. 99-108.
• [8] J. Jasiczak, M. Kanoniczak, Ł. Smaga, “Statistical division of compressive strength results on the aspect of concrete family concept”, Computers and Concrete, 2014, vol. 14, no. 2, pp. 145-161.
• [9] J. Jasiczak, M. Kanoniczak, L. Smaga, “Stochastic identity of test result series of the compressive strength of concrete in industrial production conditions”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2015, vol. 15, pp. 584-592.
• [10] J. Jasiczak, M. Kanoniczak, Ł. Smaga, “Division of Series of Concrete Compressive Strength Results into Concrete Families in Terms of Seasons within Annual Work Period”, Journal of Computer Engineering& Information Technology, 2017, vol. 6, no. 3, pp. 1-9, DOI: 10.4172/2324-9307.1000198.
• [11] J. Jasiczak, M. Kanoniczak, “Justified adoption of normative values fci and fem in the estimation of concrete classification for small samples”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, JCEEA, 2017, vol. XXXIV, no. 64 (3/I/17), pp. 203-212, DOI: 10.7862/rb.2017.115.
• [12] J. Jasiczak, “The concept of ’over-strength of concrete’ in the tender procedure for concrete objects of communication infrastructure”, BTA, 2017, no. 1, pp. 64-68 (in Polish).
• [13] L. Taerwe, “Basic aspect of quality control of concrete”, in “Utilizing Redy Mix Concrete and Mortar”, Proceedings of the International Conference. UK, Scotland, 1999, pp. 221-235.
• [14] N.K. Nagwani, “Estimating the concrete compressive strength using hard clustering and fuzzy clustering based regression techniques”, The Scientific World Journal, 2014, vol. 2014, DOI: 10.1155/2014/381549.
• [15] R. Caspeele, L. Taerwe, “Conformity control of concrete based on the ’concrete family’ concept”, in Proceedings of the 5th International Probabilistic Control, 28-29 Nov.2007. Ghent, 2007, pp. 241-252.
• [16] R Core Team: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2015. [Online]. Available: http://www.R-project.org/.
• [17] S. Woliński, “Evaluating the quality of concrete using standardized methods and according to fuzzy logic”, in “Dni Betonu” Conference, Kraków: Polski Cement, 2006, pp. 1121-1131 (in Polish).
• [18] T. Górecki, Basics of statistics with examples in R. Legionowo: BTC, 2011.
• [19] Z. Kohutek, “Concrete family - concept genesis, terminology, criteria and general creation principles”, Przeglad Budowlany, 2010, no. 10, pp. 26-31 (in Polish).
• [20] EN 1992:2008 Eurocode 2: Design of concrete structures.
• [21] ISO 2394:2000 General principles on reliability for structures.
• [22] PN-EN 206-1:2003 Concrete. Part 1: Requirements, properties, production and conformity.
• [23] PN-EN 206+A1:2016-12. Concrete. English version.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).