Consiste en el desarrollo de un método de ensayo que permite la caracterización de mezclas bituminosas de granulometría abierta valorando la resistencia de estas mezclas a los esfuerzos disgredores del tráfico. Se ha procedido a su normalización y a la determinación de la precisión asociada a dicho proceso de medida. Este procedimiento ha sido aplicado a la caracterización de mezclas bituminosas porosas (porous asphalt). / The thesis deals with the development of a test method that characterises open-graded bituminous mixtures studying the resistance of these mixtures to the traffic dispersing strengthes/forces/efforts. The test method has been standardised and the accuracy associated to this measurement process has been determined. The procedure has been applied to characterise porous asphalt mixtures.

En el Perú, las vías de comunicación más utilizadas son las terrestres, entre las cuales, las más importantes son las carreteras, estas presentan deficiencias debido a distintos factores relacionados con errores en el diseño, proceso constructivo y mantenimiento. En la actualidad, la ciudad de Lima, que posee casi un tercio de la población del Perú, presenta un alto volumen de tráfico vehicular, que afecta especialmente a las vías de Lima Sur donde la exposición a los sulfatos es alta y la capacidad portante del suelo es reducida. Considerando esto, en Lima sur se necesitan construcciones apropiadas de pavimentos de concreto con la tecnología adecuada, y con materiales óptimos, que puedan proveer un servicio de calidad con poco mantenimiento. Además, se deben tomar en cuenta procesos industriales que eleven el estándar de calidad y que optimicen el costo de inversión con la mejora de rendimientos. Por todo, ello se plantea el uso de pavimentos CRCP con cementos puzolánicas en su diseño. En esta investigación se realizó el diseño de ocho mezclas de concreto con cementos puzolánicos Tipo HS e IPM, dentro de las cuales se escogió una de ellas para ser aplicada como alternativa de solución para mejorar la durabilidad de los pavimentos rígidos en las carreteras del sur de Lima. Dicho diseño asegura una resistencia a la compresión superior a 310 kg/cm2, un módulo de rotura mayor a 35 kg/cm2, una relación agua/cemento menor a 0.45 y un slump de 2 ½” en obra, el cual es ideal para su uso con pavimentadora de encofrados deslizantes. Para validar estas características del concreto se realizaron ensayos en estado fresco y endurecido en laboratorio. Además, se realizó un análisis costo – beneficio comparando pavimentos flexibles, JPCP y CRCP utilizando la mezcla optima. / In Peru, the most important routes are terrestrial, among which, the most common are roadways, these present many deficiencies due to different factors related to errors in design, construction process and maintenance. Nowadays, in Lima, which has almost a third of the population of Peru, presents a large traffic volume, and this significantly affects the roads, especially in the South, where the pavement is highly exposed to sulfates and the natural subgrades have a relatively low bearing capacity. Considering this, in the south region of Lima appropriate constructions of concrete pavements are necessary, using the correct technology and with optimal materials, so they can provide a quality service with low maintenance. On the other hand, industrial processes should be applied to improve the quality and optimize the investment with efficiency. For all of this, the use of CRCP with pozzolanic cements is proposed. This research carried out the design of eight concrete mixtures with pozzolanic cements type HS and IPM, within which one of them was chosen to be applied as an alternative to improve the durability of rigid pavements in this zone. This design ensures a compressive strength of 310 kg / cm2, a rupture modulus of 35 kg / cm2, a water/cement ratio of less than 0.45 and a slump of 2½” in the workplace, which is ideal for a constructive process with a slip formed paving machine. To validate these main characteristics of the concrete, experiments took place in the laboratory for the concrete in fresh and hardened state. In addition, a cost – benefit analysis comparing different types of pavement (flexible, JPCP y CRCP) was made using the optimal mixture obtained in this research. / Tesis

El objetivo de la presente investigación es diseñar concreto con agregado grueso reciclado con resistencia a la compresión de f´c = 210 kg/cm2 y demostrar su viabilidad para construcción de muros prefabricados de viviendas modulares con el método ACI en el distrito de Villa María del Triunfo, Lima. Basándose en ello, se busca incentivar el reciclaje para la fabricación de viviendas modulares que ofrezcan una mejor calidad de vida. Se desarrolló una investigación de tipo aplicada y experimental, realizado con una muestra de 280 probetas y 10 vigas de concreto natural y reciclado. Como técnica principal se utilizó el estudio de campo y como instrumento, el análisis de datos cuantitativos. Se recolectó un conglomerado de 5 m3 de material de demolición de una acera de concreto y se realizó el proceso de transformación para obtener agregado grueso reciclado en tamaño nominal de 1”. Se diseñó mezclas de concreto con agregado natural y agregado reciclado al 25%, 50%, 75% y 100% de sustitución, realizándose ensayos por resistencia a la compresión, flexión y tracción al concreto endurecido. Asimismo, se realizó un análisis de costos sobre la producción por m3 entre el concreto con agregado reciclado versus el concreto con agregado convencional. Además, se diseñó un módulo familiar con concreto reciclado y se analizó su comportamiento estructural en un software. Finalmente, el agregado grueso de concreto reciclado puede sustituir al 100% la piedra natural triturada y con ello disminuir la explotación de la corteza terrestre para la extracción de piedra natural. / The research objective is to design concrete with recycled coarse aggregate with compression resistance of f´c = 210 kg/cm2, and to demonstrate its viability for the construction of prefabricated walls of modular homes with the ACI method in the district of Villa María del Triunfo in Lima. According to this, it seeks to encourage the use of recycled materials in modular homes manufacturing which also offers a better quality of life. Applied experimental research was carried out with a sample of 280 specimens and 10 beams of natural and recycled concrete. The main technique used was the field study, and the instrument, quantitative data analysis. A conglomerate of 5 m3 of demolition material was collected from a concrete sidewalk and the transformation process was carried out to obtain recycled coarse aggregate in nominal size of 1". Mixtures of concrete with natural aggregate and recycled aggregate at 25%, 50%, 75% and 100% replacement levels were designed, performing tests for resistance to compression, bending and traction to hardened concrete. In addition, a cost analysis on the production per m3 was carried out, comparing concrete with recycled aggregate versus concrete with conventional aggregate. Furthermore, a module with recycled concrete was designed and its structural behavior was analyzed in a structural design software. In conclusion, the coarse recycled concrete aggregate can replace 100% crushed natural stone and can thereby reduce the earth's crust exploitation for the extraction of natural stone. / Tesis

La presente tesis doctoral surge ante la necesidad creciente por parte de la mayoría de empresas, y en especial (pero no únicamente) aquellas dentro de los sectores farmacéu-tico, químico, alimentación y bioprocesos, de aumentar la flexibilidad en su rango ope-rativo para reducir los costes de fabricación, manteniendo o mejorando la calidad del producto final obtenido. Para ello, esta tesis se centra en la aplicación de los conceptos del Quality by Design para la aplicación y extensión de distintas metodologías ya exis-tentes y el desarrollo de nuevos algoritmos que permitan la implementación de herra-mientas adecuadas para el diseño de experimentos, el análisis multivariante de datos y la optimización de procesos en el ámbito del diseño de mezclas, pero sin limitarse ex-clusivamente a este tipo de problemas. Parte I - Prefacio, donde se presenta un resumen del trabajo de investigación realiza-do y los objetivos principales que pretende abordar y su justificación, así como una introducción a los conceptos más importantes relativos a los temas tratados en partes posteriores de la tesis, tales como el diseño de experimentos o diversas herramientas estadísticas de análisis multivariado. Parte II - Optimización en el diseño de mezclas, donde se lleva a cabo una recapitu-lación de las diversas herramientas existentes para el diseño de experimentos y análisis de datos por medios tradicionales relativos al diseño de mezclas, así como de algunas herramientas basadas en variables latentes, tales como la Regresión en Mínimos Cua-drados Parciales (PLS). En esta parte de la tesis también se propone una extensión del PLS basada en kernels para el análisis de datos de diseños de mezclas, y se hace una comparativa de las distintas metodologías presentadas. Finalmente, se incluye una breve presentación del programa MiDAs, desarrollado con la finalidad de ofrecer a sus usuarios la posibilidad de comparar de forma sencilla diversas metodologías para el diseño de experimentos y análisis de datos para problemas de mezclas. Parte III - Espacio de diseño y optimización a través del espacio latente, donde se aborda el problema fundamental dentro de la filosofía del Quality by Design asociado a la definición del llamado 'espacio de diseño', que comprendería todo el conjunto de posibles combinaciones de condiciones de proceso, materias primas, etc. que garanti-zan la obtención de un producto con la calidad deseada. En esta parte también se trata el problema de la definición del problema de optimización como herramienta para la mejora de la calidad, pero también para la exploración y flexibilización de los procesos productivos, con el objeto de definir un procedimiento eficiente y robusto de optimiza-ción que se adapte a los diversos problemas que exigen recurrir a dicha optimización. Parte IV - Epílogo, donde se presentan las conclusiones finales, la consecución de objetivos y posibles líneas futuras de investigación. En esta parte se incluyen además los anexos. / Aquesta tesi doctoral sorgeix davant la necessitat creixent per part de la majoria d'em-preses, i especialment (però no únicament) d'aquelles dins dels sectors farmacèutic, químic, alimentari i de bioprocessos, d'augmentar la flexibilitat en el seu rang operatiu per tal de reduir els costos de fabricació, mantenint o millorant la qualitat del producte final obtingut. La tesi se centra en l'aplicació dels conceptes del Quality by Design per a l'aplicació i extensió de diferents metodologies ja existents i el desenvolupament de nous algorismes que permeten la implementació d'eines adequades per al disseny d'ex-periments, l'anàlisi multivariada de dades i l'optimització de processos en l'àmbit del disseny de mescles, però sense limitar-se exclusivament a aquest tipus de problemes. Part I- Prefaci, en què es presenta un resum del treball de recerca realitzat i els objec-tius principals que pretén abordar i la seua justificació, així com una introducció als conceptes més importants relatius als temes tractats en parts posteriors de la tesi, com ara el disseny d'experiments o diverses eines estadístiques d'anàlisi multivariada. Part II - Optimització en el disseny de mescles, on es duu a terme una recapitulació de les diverses eines existents per al disseny d'experiments i anàlisi de dades per mit-jans tradicionals relatius al disseny de mescles, així com d'algunes eines basades en variables latents, tals com la Regressió en Mínims Quadrats Parcials (PLS). En aquesta part de la tesi també es proposa una extensió del PLS basada en kernels per a l'anàlisi de dades de dissenys de mescles, i es fa una comparativa de les diferents metodologies presentades. Finalment, s'inclou una breu presentació del programari MiDAs, que ofe-reix la possibilitat als usuaris de comparar de forma senzilla diverses metodologies per al disseny d'experiments i l'anàlisi de dades per a problemes de mescles. Part III- Espai de disseny i optimització a través de l'espai latent, on s'aborda el problema fonamental dins de la filosofia del Quality by Design associat a la definició de l'anomenat 'espai de disseny', que comprendria tot el conjunt de possibles combina-cions de condicions de procés, matèries primeres, etc. que garanteixen l'obtenció d'un producte amb la qualitat desitjada. En aquesta part també es tracta el problema de la definició del problema d'optimització com a eina per a la millora de la qualitat, però també per a l'exploració i flexibilització dels processos productius, amb l'objecte de definir un procediment eficient i robust d'optimització que s'adapti als diversos pro-blemes que exigeixen recórrer a aquesta optimització. Part IV- Epíleg, on es presenten les conclusions finals i la consecució d'objectius i es plantegen possibles línies futures de recerca arran dels resultats de la tesi. En aquesta part s'inclouen a més els annexos. / The present Ph.D. thesis is motivated by the growing need in most companies, and specially (but not solely) those in the pharmaceutical, chemical, food and bioprocess fields, to increase the flexibility in their operating conditions in order to reduce production costs while maintaining or even improving the quality of their products. To this end, this thesis focuses on the application of the concepts of the Quality by Design for the exploitation and development of already existing methodologies, and the development of new algorithms aimed at the proper implementation of tools for the design of experiments, multivariate data analysis and process optimization, specially (but not only) in the context of mixture design. Part I - Preface, where a summary of the research work done, the main goals it aimed at and their justification, are presented. Some of the most relevant concepts related to the developed work in subsequent chapters are also introduced, such as those regarding design of experiments or latent variable-based multivariate data analysis techniques. Part II - Mixture design optimization, in which a review of existing mixture design tools for the design of experiments and data analysis via traditional approaches, as well as some latent variable-based techniques, such as Partial Least Squares (PLS), is provided. A kernel-based extension of PLS for mixture design data analysis is also proposed, and the different available methods are compared to each other. Finally, a brief presentation of the software MiDAs is done. MiDAs has been developed in order to provide users with a tool to easily approach mixture design problems for the construction of Designs of Experiments and data analysis with different methods and compare them. Part III - Design Space and optimization through the latent space, where one of the fundamental issues within the Quality by Design philosophy, the definition of the so-called 'design space' (i.e. the subspace comprised by all possible combinations of process operating conditions, raw materials, etc. that guarantee obtaining a product meeting a required quality standard), is addressed. The problem of properly defining the optimization problem is also tackled, not only as a tool for quality improvement but also when it is to be used for exploration of process flexibilisation purposes, in order to establish an efficient and robust optimization method in accordance with the nature of the different problems that may require such optimization to be resorted to. Part IV - Epilogue, where final conclusions are drawn, future perspectives suggested, and annexes are included. / Palací López, DG. (2018). Quality by Design through multivariate latent structures [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115489

[ES] El hormigón es considerado como uno de los principales materiales de construcción más ampliamente utilizado en obras de infraestructuras. Su consideración como material de gran durabilidad y su ventajosa relación calidad-precio en comparación con otros materiales le ha hecho indispensable en la era moderna. Sin embargo, las fisuras son prácticamente inevitables en las estructuras de hormigón armado y se consideran como uno de sus puntos débiles, ya que comprometen la durabilidad de las infraestructuras y pueden generar condiciones inseguras. Hay muchas técnicas de reparación para sellar y sanar las fisuras, pero suelen ser costosas y requieren tiempo de intervención. Por esta razón, en los últimos años, se han realizado muchas investigaciones buscando alternativas para resolver estos problemas desarrollando una nueva generación de hormigones que se han denominado hormigones auto sanables. Se ha demostrado que las tecnologías de auto sanado cierran eficazmente las fisuras parcial o totalmente en un sistema cementoso. Sin embargo, los estudios a nivel del hormigón son todavía bastante limitados y en la mayoría de los casos las dosificaciones de la mezcla no fueron optimizados para la introducción de agentes de autosanado. Del estudio amplio de la literatura se aprecia que la incorporación de agentes de autosanado no siempre conllevan efectos positivos en las propiedades del hormigón. En consecuencia, según el tipo de agente de sellado/sanado, será necesario optimizar la dosificación para garantizar que no reduce en alguna medida las prestaciones del hormigón colocado. Se analiza un amplio espectro de agentes de sanado/sellado: bacterias (BAC), adiciones cristalinas (CA), biomasas y agentes incorporados en micro o macro cápsulas. Previamente a su introducción en el hormigón se evaluó su compatibilidad con los materiales cementosos, como información básica para el diseño de las mezclas. La optimización del diseño de las mezclas de hormigón se llevó a cabo dependiendo del agente elegido y los objetivos de la investigación. Al utilizar CA, se encontró que aumentar su dosis y el contenido en cemento conducía a mejorar la eficiencia de curación (HE) y la de sellado (SE). La variación de la relación agua-cemento (a/c) no produjo una mejora notable de HE y SE. Se profundizó el conocimiento sobre las propiedades de adherencia entre las armaduras y la matriz de hormigón. La inclusión de agentes de sanado (BAC, CA, biomasas) conllevó la mejora de la adherencia con un crecimiento del 57% cuando se adiciona CA. Aunque la presencia de fisuras longitudinales redujo críticamente la adherencia, se logró una recuperación importante gracias a los efectos del auto sanado. Se encontraron efectos contrapuestos del uso de microcápsulas. Se confirma una reducción significativa de la resistencia mecánica y una mejora significativa del sellado. Los parámetros de diseño de mezcla se optimizaron para compensar la reducción de resistencia, con un programa experimental con diseño factorial completo. Por la estructura inerte, las macrocápsulas tiende a perturbar el empaquetamiento de los áridos. Para la optimización de la mezcla se desarrolló un modelo de empaquetamiento de partículas modificado para predecir la proporción de huecos de las mezclas de áridos y cápsulas. Con todo, el resultado de esta investigación puede servir como guía para comprender la contribución de los parámetros de diseño de mezclas que afectan las propiedades de auto sanado, que potencialmente ayudará a investigadores e ingenieros a formular mezclas de hormigón para aplicaciones de auto sanado. / [CA] El formigó és considerat un dels principals materials de construcció més àmpliament utilitzat en obres d'infraestructures. La seua consideració com a material de gran durabilitat i la seua relació qualitat-preu avantatjosa en comparació amb altres materials l'ha fet indispensable en l'era moderna. Tot i això, les fissures són pràcticament inevitables en les estructures de formigó armat i es consideren com un dels seus punts febles, ja que comprometen la durabilitat de les infraestructures i poden generar condicions insegures. Hi ha moltes tècniques de reparació per segellar i curar les fissures, però solen ser costoses i requereixen temps d'intervenció. Per aquesta raó, en els darrers anys, s'han realitzat moltes investigacions buscant alternatives per resoldre aquests problemes desenvolupant una nova generació de formigons que s'han anomenat formigons auto sanables. S'ha demostrat que les tecnologies de auto curat tanquen eficaçment les fissures parcialment o totalment en un sistema de ciment. Tot i això, els estudis a nivell del formigó són encara força limitats i en la majoria dels casos les dosificacions no van ser optimitzades per a la introducció d'agents d'auto curat. De l'estudi ampli de la literatura s'aprecia que la incorporació d'agents d'auto curat no sempre comporta efectes positius en les propietats del formigó. En conseqüència, segons el tipus d'agent de segellat/curat, cal optimitzar la dosificació per garantir que no redueix en alguna mesura les prestacions del formigó. S'analitza un ampli espectre d'agents de curat / segellament: bacteris (BAC), addicions cristal·lines (CA), biomassa i agents incorporats en micro o macro càpsules. Prèviament a la seua introducció al formigó es va avaluar la compatibilitat amb els conglomerants, com a informació bàsica per al disseny de mescles. L'optimització del disseny de les mescles de formigó es va dur a terme depenent de l'agent elegit i els objectius de la investigació. En utilitzar CA, es va trobar que augmentar-ne la dosi i el contingut en ciment conduïa a millorar l'eficiència de curació (HE) i la de segellat (SE). La variació de la relació aigua-ciment (a/c) no va produir una millora notable de HE i SE. S'aprofundí el coneixement sobre les propietats d'adherència entre les armadures i la matriu de formigó. La inclusió d'agents de curació (BAC, CA, biomassa) va comportar la millora de l'adherència amb un creixement del 57% quan s'hi afegeix CA. Tot i que la presència de fissures longitudinals va reduir críticament l'adherència, es va aconseguir una recuperació important gràcies als efectes del auto curat. S'han trobat efectes contraposats de l'ús de microcàpsules. Es confirma una reducció significativa de la resistència mecànica i una millora significativa del segellat. Els paràmetres de disseny de mescla es van optimitzar per compensar la reducció de resistència, amb un programa experimental amb disseny factorial complet. Per la seua estructura inert, les macrocàpsules tendeixen a pertorbar l'empaquetament dels àrids. Per optimitzar la mescles es va desenvolupar un model d'empaquetament de partícules modificat per predir la proporció de buits de les mescles d'àrids i càpsules. Amb tot, el resultat d'aquesta investigació pot servir com a guia per comprendre la contribució dels paràmetres de disseny de barreges que afecten les propietats de auto curat, que potencialment ajudarà investigadors i enginyers a formular barreges de formigó per a aplicacions de auto curat. / [EN] Concrete has been widely used as a major material for infrastructure works. The durable character and the advantageous price-quality ratio compared to other materials have made concrete indispensable in the modern era. However, cracks in concrete structures are inevitable and are known as one of the inherent weaknesses of concrete, thereby making a threat to the durability of infrastructure which can lead to unsafe conditions. There are many repair techniques to seal and heal the cracks, but these approaches are costly and time-consuming. Therefore, during past years, many researchers searched for alternatives to solve these problems by developing a new generation of concrete namely self-healing concrete. Self-healing technologies have proven to effectively close cracks partially or fully in the cementitious system. However, studies on the concrete level are still rather limited and in most cases, the mix designs were not optimized for the introduction of healing agents. Based on a comprehensive literature, it was revealed that not all healing/sealing agents induce positive effects to the concrete properties. Consequently, an optimization of the mix designs is necessary to guarantee that these agents do not negatively affect the concrete properties to some extent. In this PhD dissertation, a wide range of healing/sealing agents were utilized such as bacteria (BAC), crystalline admixture (CA), biomasses, micro- and macro-encapsulated agents. Prior to the introduction of these agents into the concrete, the compatibility between healing/sealing agents and cementitious materials was evaluated to serve as a basic input for designing the concrete mixtures. The optimizations of concrete mix designs were carried out depending on the choice of the agents and the research objectives. When using CA, it was found that increasing the CA dosage and cement content in the mix design improved the healing efficiency (HE) and sealing efficiency (SE). Varying the water-cement ratio (w/c) did not give a remarkable improvement of HE and SE. A deep insight in the bond properties between the steel reinforcement and the self-healing concrete matrix was achieved. The inclusion of healing agents (i.e., BAC, CA, biomasses) possessed a bond strength improvement with the highest enhancement of 57% attained by the CA addition. Although the presence of a longitudinal crack critically reduced the bond strength, a bond restoration was achieved due to self-healing effects. Dual effects of using microcapsules were found, confirming a significant reduction of mechanical strength and a significant sealing improvement. Therefore, the mix design parameters were optimized to compensate the strength reduction via full factorial designs. With respect to the inert structure, the incorporation of macrocapsules tended to disturb the packing of aggregates. Hence, a modified particle packing model was developed to predict the voids ratio of aggregate-capsules mixtures. All in all, the outcome of this PhD research can serve as a guidance to understand the contribution of mix design parameters affecting the self-healing concrete properties. This potentially helps researchers and engineers to formulate their concrete mixtures for self-healing application. / This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 860006. / Hermawan, H. (2023). Optimised Mix designs for Self-Healing Concrete [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202610