Esta investigación ha sido financiada por una beca de formación de doctores en Unidades Asociadas entre Universidad y el Centro Superior de Investigaciones Científicas (CSIC); y por los proyectos concedidos por el MCYT: MAT 2003-01823 y CGL2006-05027/BTE.

En la presente Tesis, se han evaluado los diferentes mecanismos por los que se produce la cristalización de sales y, cuantificado la durabilidad frente a la cristalización de rocas porosas, utilizadas ampliamente tanto en el patrimonio arquitectónico y cultural como en edificios actuales como material de construcción. Los mecanismos de cristalización de sales estudiados en la presente Tesis son tres: el proceso de evaporación de las salmueras en el interior de la roca; la influencia del sistema poroso en la secuencia de precipitación mineral; y, por último, la presión de cristalización que generan dichos minerales al crecer. Para cuantificar la durabilidad de estos mater iales se propone un ensayo de sales basado en ciclos de inmersión parcial. Para ello se evalúan diecinueve rocas porosas por sus diferentes características petrofísicas y petrográficas (principalmente rocas bioclásticas de diferente tamaño de grano); y se utilizan dos salmueras que se han seleccionado por su abundancia y agresividad: NaCl y Na2SO4. Finalmente, se propone un estimador teórico de durabilidad que incluye parámetros del sistema poroso y de las propiedades mecánicas de la roca. / In this Thesis, different mechanisms of salt crystallisation are evaluated, and stone durability against salt crystallisation is also quantified. These stones are widely used not only in architectural and cultural heritage but also in modern buildings, used as building material. Three salt crystallisation mechanisms are studied: evaporation process of brines from porous media of rocks; the influence of porous media on the mineral precipitation sequence; and, finally, the crystallisation pressure that mineral growth produces over the pore wall. In order to quantify stone durability, a salt crystallisation test, based on partial immersion of the materials, is proposed. For this propose, nineteen porous stones have been chosen for their different petrophysical and petrographic characteristics (mainly bioclastic rocks with different grain size); and, two brines have been also used for their abundance and aggressiveness: NaCl and Na2SO4. Finally, a durability theoretic estimator is proposed, including parameters of porous media and mechanical properties of rocks.

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Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. Beca FPU 12/03242

La durabilidad del hormigón viene definida en la EHE-08 como “su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural”. Esta capacidad ha sido estudiada en los últimos años de manera extensa, pero no así, si se habla de hormigones fisurados. La fisuración en elementos de hormigón armado, debido a las solicitaciones mecánicas a las que están sometidas, es inevitable. La aparición de fisuras en el hormigón reduce la barrera que supone la presencia de un recubrimiento y cabe esperar que modifique la vida útil de la estructura, tanto el periodo de iniciación como el de propagación, debido a la facilidad de entrada de los agresivos que pueden generar corrosión en el refuerzo, como lo son el CO2 de la atmosfera y el cloruro de los ambientes marinos. Pocos autores, han abordado este problema y los que lo han hecho han adoptado técnicas experimentales diversas y variados objetivos. Unos han medido la influencia del ancho de fisura observando casos reales, pero sin cuantificar el proceso, y otros han tratado de simular las fisuras mediante elementos finitos o han medido como se distribuyen los cloruros. Unos pocos han tratado de acelerar el proceso mediante ensayos de migración iónica y han establecido relaciones entre el ancho de fisura y los coeficientes de difusión medidos. En este trabajo se determina precisamente el coeficiente de difusión en probetas con anchos de fisuras controladas siguiendo el método propuesto por Baroghel-Bouny. A los resultados obtenidos se han aplicado con intención ilustrativa los modelos sugeridos en la EHE-08, con los que se ha obtenido la variación del periodo de iniciación con el ancho de fisura, obteniéndose que el coeficiente de difusión no estacionario, es independiente de la calidad, pero no del ancho de fisura, habiendo encontrado una ecuación que ajusta el comportamiento entre ambas variables. En este sentido la vida útil de los elementos fisurados respecto a los no fisurados puede ajustarse a una expresión sencilla del tipo exponencial. A su vez parece existir un ancho de fisura crítico en 0,04 mm. En el estudio realizado sobre la posible relación, entre el ancho de fisura y la corrosión producida por carbonatación y los cloruros, se han abarcado diversos ambientes durante diferentes periodos de tiempo, a través, no solo, de medidas electroquímicas, sino también con la inspección visual de los aceros tras su ensayo, comparando áreas fisuradas y pérdidas de sección debidas a la localización de la corrosión. Completándose con el cálculo de las velocidades de carbonatación, en los ambientes natural y forzado al 3%. Estos estudios parecen concluir que, si bien, en ambientes poco agresivos la relación no está muy clara, en la carbonatación forzada y en el ambiente de cloruros, esta relación parece confirmar que la presencia de un ancho mayor produce una corrosión mayor. También se confirma que la llegada de agresivos a la armadura, es independiente del ancho de fisura y que la corrosión se localiza en la zona de encuentro entre la fisura y refuerzo, siendo el área de corrosión mayor cuanto mayor es el ancho de fisura. Por otro lado, en los anchos de fisura estudiados no existe un límite por debajo del cual la corrosión sea despreciable, de existir se encontraría por debajo de 0,05 mm lo que coincide con el límite encontrado para la difusión de cloruros. La aplicación de tratamientos como inhibidores, hidrofugantes y sellantes, tan utilizados hoy en día, se llevó a cabo para completar el estudio del efecto que podrían tener sobre la corrosión, en hormigones fisurados sometidos a diferentes ambientes agresivos obteniendo que para tamaños de fisuras superiores a 0,6 mm su funcionamiento no es eficiente. Para anchos menores, el más destacado es el inhibidor en contra del sellante, que intensifica la corrosión.

La reacción álcali-carbonato (RAC) es una reacción química inusual que afecta la durabilidad del hormigón y constituye un tema de debate actual. En la zona de Valcheta (Río Negro) se ha identificado una dolomía arcillosa, de grano fino, que reacciona con los álcalis del hormigón, mediante un mecanismo expansivo muy similar al de la RAC. Como resultado del ataque alcalino, esta roca experimenta una clara reacción química de dedolomitización (formación de calcita y brucita) en la que el gel silíceo se observa sólo de manera esporádica y en muy pequeñas cantidades, lo que hace difícil relacionar las expansiones observadas con la reacción álcali-sílice (RAS). Una de las características más interesantes de esta roca es que las adiciones minerales activas clásicas y los aditivos químicos a base de litio no son capaces de mitigar la expansión del hormigón. A fin de profundizar el conocimiento sobre el comportamiento tan singular de esta dolomía, se realizaron diversos estudios (basados en el método ASTM C586) para analizar la influencia de distintos factores (tipo de catión, porosidad de la roca, etc.) sobre la respuesta expansiva y los cambios mineralógicos experimentados por la roca, cuando ésta es sumergida en distintas soluciones alcalinas. En base a los resultados de estas experiencias y la información disponible de los estudios realizados por el autor durante la década del 90, se analizan las causas más probables de la expansión de la dolomía de Valcheta y se propone un modelo teórico, basado en el fenómeno osmótico, para explicar el comportamiento expansivo de esta roca. El modelo planteado describe de manera adecuada el efecto de los principales factores que intervienen en el proceso de expansión del hormigón y permite dar respuesta a los interrogantes clásicos de la RAC: ¿por qué la dedolomitización no siempre produce expansión?, ¿por qué es tan difícil inhibir la RAC?, ¿por qué la expansión del hormigón aumenta con el tamaño máximo del agregado?, entre otros. / Alkali-carbonate reaction (ACR) is an unusual reaction that affects concrete durability and constitutes an issue of much controversy between researchers and concrete technologists. In Valcheta (Río Negro, Argentine), there is an argillaceous fine-grained dolostone that reacts expansively with concrete alkalis following a mechanism similar to ACR. Because of the alkali attack, this rock shows a conspicuous chemical reaction (dedolomitization), producing calcite and brucite, with almost no siliceous gel, making difficult to explain how the expansions could be related to alkali-silica reaction (ASR). One of the most interesting characteristic of this rock is that supplementary cementing materials and lithium-based compounds were not capable to mitigate the concrete expansion. A study (based on the ASTM C586 method) was conducted to evaluate the influence of various factors (the nature of the alkali cation of the solution, rock porosity, etc.) on the expansive behavior of the rock and its mineralogical changes, when it is immersed in different alkali solutions. Based on this study and the available information obtained by the author during the 90's, the most probable causes of the expansion of Valcheta dolostone are analysed and a theoretical model based on the osmotic phenomenon is proposed to explain the expansive behaviour of this rock. The proposed model adequately describes the effect of the main factors affecting the concrete expansion and allows answering the classic questions related to ACR: Why does dedolomitization not always produce expansion? Why is it so difficult to inhibit the expansion caused by ACR?, Why does concrete expansion increase with the maximum size of the aggregate?, and so on. / TEXTO PARCIAL en período de teletrabajo

Esta tesis es una contribución al conocimiento y la investigación sobre la durabilidad de hormigones con árido reciclado en un ambiente marino como aporte científico y soporte para la elaboración de recomendaciones sobre el uso de este material. La industria de la construcción extrae recursos naturales y deposita residuos de construcción y demolición de grandes cantidades, lo cual tiene implicaciones ambientales y económicas que no se consideran sostenibles. Por ello los gobiernos intentan promover políticas y recomendaciones destinadas a reducir el uso de los recursos primarios y al aumento de la reutilización y el reciclaje. El interés en el uso de áridos reciclados procedentes de residuos de construcción y demolición (RCD) está en continuo crecimiento debido a su potencial frente a diversos usos, entre ellos su utilización como árido en la fabricación de nuevos hormigones, siendo ambientalmente responsable, tecnológicamente válido y económicamente viable. La utilización de árido reciclado de RCD en la producción de hormigón estructural puede afectar su comportamiento frente a propiedades mecánicas y de durabilidad debido a las características particulares del árido como su alta absorción. En el desarrollo de este trabajo se evaluó el comportamiento mecánico y la durabilidad frente a un ambiente marino, para un hormigón estructural con distintos porcentajes de sustitución de árido reciclado grueso (0%, 20%, 50% y 100%) y dos relaciones agua efectiva cemento 0,45 y 0,50 mantenidas a lo largo de la investigación, analizando los mecanismos de transporte que permiten el ingreso y movimiento de los cloruros en el hormigón hasta la armadura, que puede generar la corrosión de armaduras, catalogada como la causa de daño que más afecta a las estructuras de hormigón. Para el desarrollo de esta tesis fueron empleados áridos reciclados producidos en plantas de gestión de residuos españolas. En una primera etapa que corresponde a los estudios previos, fueron determinadas las c / Ulloa Mayorga, VA. (2012). Durabilidad de hormigones armados, con árido reciclado: Una evaluación de la corrosión en un ambiente marino [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16700

La corrosión de las armaduras es una de las principales causas que afectan a la durabilidad de las estructuras y a su vida útil. La carbonatación del hormigón y la acción de iones agresivos, principalmente los cloruros, son los procesos que mayor riesgo suponen para la corrosión de las armaduras. El control y monitorización mediante técnicas no destructivas es fundamental, de esta forma, se puede obtener información a tiempo real de aquellos factores que pueden favorecer los procesos de corrosión.   En el presente trabajo se exponen los resultados de varios estudios. En primer lugar se detalla el proceso de fabricación, caracterización y evaluación de diferentes tipos de sensores electroquímicos para el control del acceso de iones cloruro y la medida del pH del hormigón. Los sensores se han fabricado en tecnología de microelectrónica híbrida, concretamente en tecnología thick film. A continuación se propone un nuevo modelo de medida de la resistividad en hormigones que permita  valorar de forma indirecta la probabilidad de corrosión de las armaduras. A partir de los resultados obtenidos en un trabajo previo donde se había estudiado la conductividad en una celda electrolítica se desarrolla una metodología alternativa al método directo y al de cuatro puntas que permite monitorizar la evolución de la resistividad de los hormigones endurecidos. Finalmente, se aplican metodologías de análisis multivariante (Principal Component Analysis) en combinación con técnicas electroquímicas dinámicas tradicionales para obtener información del agente que causa la corrosión, por lo que puede ser una herramienta muy útil para el conocimiento fundamental del material metálico objeto de estudio. / Gandía Romero, JM. (2014). Sensores electroquímicos aplicados al estudio de la corrosión en estructuras de hormigón armado [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/48516 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[EN] This work stems from conversations with engineers and technicians from various government agencies and observation of pathologies in road cuttings and excavated materials Facies Tap the railroad. These connectors undergo degradation processes much faster. This has an economic impact on the maintenance of the road network and also on the safety of the same. Therefore, the overall objective of this thesis is the characterization of soft, evolutionary and argillaceous rocks, which are the Tap Facies the southern province of Valencia and the northern half of the province of Alicante, taking as a starting point field criteria and standard laboratory tests that allow to predict the behavior of connectors (associated civil works) to be built in this material medium and long term. The soft rock, clay component, variably carbonated, are one of the most common types of sedimentary rocks, and our geography occur frequently, alternating with well cemented limestone banks, constituting the Facies Tap that are Miocene geological epoch. Not currently has a complete classification for such materials, nor is there a standard test or criterion to assess the potential degradation of these materials and their behavior at work. Thus, it has revised the existing classifications and a new classification of these rocks based on petrological-textural criteria is proposed. The new classification of these materials better application in geological and geomechanical characterization of Facies Tap reasonably to help predict what will be the behavior of the slope medium to long term, compared to surface erosion and degradation. In order to characterize these materials have been several campaigns characterization and field sampling on different clearings in Facies Tap. From the data obtained was drawn excavated connectors rated according to the intensity of degradation and alteration of its surface. The connectors are grouped into five categories. The purpose of this inventory is to validate indices degradability of rocks obtained in the laboratory, and moreover validate the textural classification of these materials and their potential to predict their degradability and erodibility in the clearing. Finally, characterized durability of the samples obtained using the Slake Durability Test (SDT), and otherwise, the samples have been characterized mineralogically and chemically by light microscopy thin section electron microscopy and EDS. We have also carried out a large number of other geotechnical testing to determine identification parameters, state, deformability, strength, durability and chemical components. / [ES] Este trabajo surge a raíz de conversaciones con ingenieros y técnicos pertenecientes a distintos organismos oficiales y de la observación de patologías en desmontes de carretera y ferrocarril excavados en materiales de las Facies Tap. Estos desmontes experimentan procesos de degradación de forma más o menos rápida. Este hecho tiene una incidencia económica en el mantenimiento de la red viaria y también sobre la seguridad de la misma. Por ello, el objetivo global de la presente tesis es la caracterización de las rocas blandas, evolutivas y arcillosas, que constituyen las Facies Tap del sur de la provincia de Valencia y de la mitad septentrional de la provincia de Alicante, tomando como punto de partida criterios de campo y ensayos habituales de laboratorio, que permitan predecir cuál será el comportamiento de los desmontes (asociados a obras civiles) que se construyan en este material a medio y largo plazo. Las rocas blandas, de componente arcillosa, variablemente carbonatada, son uno de los tipos más comunes de rocas sedimentarias, y en nuestra geografía se presentan con frecuencia, alternando con bancos de calizas bien cementadas, constituyendo las Facies Tap que son de época geológica Mioceno. Actualmente no se dispone de una clasificación completa para este tipo de materiales, así como tampoco existe un ensayo estándar o criterio que evalúe el potencial de degradación de estos materiales y su comportamiento en obra. Así, se ha revisado las clasificaciones existentes y se propone una nueva clasificación de estas rocas basada en criterios petrológico-texturales. La nueva clasificación de estos materiales presenta una mejor aplicación en la caracterización geológica y geomecánica de las Facies Tap que ayude a predecir razonablemente cuál va a ser el comportamiento del talud a medio-largo plazo, frente a los procesos superficiales de erosión y degradación. Con el objeto de caracterizar estos materiales se han realizado diversas campañas de caracterización de campo y de toma de muestras, sobre distintos desmontes en Facies Tap. A partir de los datos obtenidos se ha elaborado clasificación de desmontes excavados en función de la intensidad de los procesos de alteración y degradación de su superficie. Los desmontes se han agrupado en cinco categorías. El objetivo de este inventario es validar los índices de degradabilidad de las rocas obtenidos en el laboratorio, y por otra parte validar la clasificación textural de estos materiales y su potencialidad para predecir su degradabilidad y la erosionabilidad en los desmontes. Por último, se ha caracterizado la durabilidad de las muestras obtenidas utilizando el Slake Durability Test (SDT), y por otra parte, las muestras han sido caracterizadas mineralógicamente y químicamente mediante microscopia óptica en lámina delgada y microscopia electrónica con EDS. Además se han llevado a cabo un número elevado de otros ensayos geotécnicos para determinar parámetros de identificación, estado, deformabilidad, resistencia, durabilidad y componentes químicos. / [CA] Aquest treball sorgeix arran de converses amb enginyers i tècnics pertanyents a diferents organismes oficials i de l'observació de patologies en desmunts de carretera i ferrocarril excavats en materials de les Fàcies Tap. Aquests desmunts experimenten processos de degradació de forma més o menys ràpida. Aquest fet té una incidència econòmica en el manteniment de la xarxa viària i també sobre la seguretat de la mateixa. Per això, l'objectiu global de la present tesi és la caracterització de les roques toves, evolutives i argiloses, que constitueixen les Fàcies Tap del sud de la província de València i de la meitat septentrional de la província d'Alacant, prenent com a punt de partida criteris de camp i assajos habituals de laboratori, que permetin predir quin serà el comportament dels desmunts (associats a obres civils) que es construeixin en aquest material a mitjà i llarg termini. Les roques toves, de component argilosa, variablement carbonatada, són un dels tipus més comuns de roques sedimentàries, i en la nostra geografia es presenten amb freqüència, alternant amb bancs de calcàries ben cimentades, constituint les Fàcies Tap que són d'època geològica Miocè. Actualment no es disposa d'una classificació completa per a aquest tipus de materials, així com tampoc hi ha un assaig estàndard o criteri que avaluï el potencial de degradació d'aquests materials i el seu comportament en obra. Així, s'ha revisat les classificacions existents i es proposa una nova classificació d'aquestes roques basada en criteris petrològic-texturals. La nova classificació d'aquests materials presenta una millor aplicació en la caracterització geològica i geomecànica de les fàcies Tap que ajudi a predir raonablement quin serà el comportament del talús a mitjà-llarg termini, enfront dels processos superficials d'erosió i degradació. Amb l'objecte de caracteritzar aquests materials s'han realitzat diverses campanyes de caracterització de camp i de presa de mostres, sobre diferents desmunts en Fàcies Tap. A partir de les dades obtingudes s'ha elaborat classificació de desmunts excavats en funció de la intensitat dels processos d'alteració i degradació de la seva superfície. Els desmunts s'han agrupat en cinc categories. L'objectiu d'aquest inventari és validar els índexs de degradabilitat de les roques obtinguts en el laboratori, i per altra banda validar la classificació textural d'aquests materials i la seva potencialitat per predir la seva degradabilitat i l'erosionabilitat en els desmunts. Finalment, s'ha caracteritzat la durabilitat de les mostres obtingudes utilitzant el Slake Durability Test (SDT), i per altra banda, les mostres han estat caracteritzades Mineralògicament i químicament mitjançant microscòpia òptica en làmina prima i microscòpia electrònica amb EDS. A més s'han dut a terme un nombre elevat d'altres assajos geotècnics per determinar paràmetres d'identificació, estat, deformabilitat, resistència, durabilitat i components químics. / Garrigós Sanchis, F. (2015). Estudios de degradación y alterabilidad de rocas blandas y su aplicación a la estabilidad de taludes en facies TAP dentro de la Comunidad Valenciana [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/50818