La realización de esta Tesis Doctoral ha sido consecuencia de un estudio llevado a cabo durante varios años en las instalaciones de la Fundación Centro Tecnológica Andaluz de la Piedra, Macael (Almería). La piedra natural es un material heterogéneo que presenta características y calidades muy diversas. Para mejorar su porcentaje de aprovechamiento en fábrica, minimizando roturas y desperdicios, muchos de los materiales que se utilizan son reforzados utilizando adhesivos termoestables, principalmente resinas epoxi y poliéster. Cuando se buscan mejores propiedades de adhesión lo más usual es la utilización de resinas epoxi, pero en el sector de la piedra natural aún existe un gran desconocimiento sobre el comportamiento de las resinas epoxi en las superficies pétreas. Por ello, la realización de este trabajo de tesis trata de investigar cómo actúan estas resinas sobre la piedra y la relación existente entre formulación y propiedades. Uno de los puntos significativos de este trabajo es, que se ha centrado en el comportamiento de las resinas tras someterlas a un envejecimiento acelerado de temperatura y humedad, ya que los procesos de producción de la piedra natural son siempre bajo estos condicionantes. Las técnicas de producción como el corte, pulido… se realizan con equipos que trabajan con esfuerzos mecánicos, que generan calor sobre la superficie resinada de la piedra y que se refrigeran con agua. En este trabajo se ha estudiado la influencia de diferentes parámetros de la formulación de resinas epoxi en la adhesión. Los parámetros estudiados en la formulación de las resinas epoxi han sido los siguientes: - Relación entre resina epoxi EP1 y endurecedor EN1 (estequiométrica, 10% en peso en exceso). - Incorporación de diferentes cantidades (5, 10, 15% en peso) de diluyente reactivo R1. - Incorporación de promotores de la adhesión (epoxi silano, GPMS, y amino silano, APS) en diferentes proporciones (1-3% en peso). - Incorporación de cargas inorgánicas : o Sílice pirogénica SP, (0,5-1 % en peso). o Carbonato cálcico micronizado CC (1-2% en peso). o Mezclas de sílice pirogénica y carbonato cálcico micronizado (1SP+1CC y 0,5SP+2CC % en peso). Para estudiar cómo afectan estos parámetros de la resina epoxi en su aplicación a piedra natural se han empleado diferentes técnicas experimentales. Se han evaluado los componentes de las formulaciones mediante el estudio de viscosidad de los mismos y el ángulo de contacto de las formulaciones con la superficie pétrea; el proceso de polimerización de los adhesivos epoxi mediante el estudio reológico; la caracterización de los adhesivos epoxi polimerizados mediante las técnicas de espectroscopia infrarroja, análisis termogravimétrico y calorimetría diferencial de barrido y la adhesión de los adhesivos epoxi a piedra natural antes y tras realizarse los ensayos de envejecimiento acelerado mediante ensayos de resistencia a la flexión bajo carga concentrada. Los resultados más relevantes obtenidos de este trabajo han sido los siguientes: - Las formulaciones con relación estequiométrica de resina endurecedor presentan un mejor comportamiento frente al envejecimiento. - La inclusión de un 5% de diluyente reactivo mejora el comportamiento frente al envejecimiento. - La adición de promotores de adhesión disminuyen los valores de adhesión pero presentan un gran comportamiento frente al envejecimiento. - La adición de cargas minerales estabiliza el comportamiento de las formulaciones y homogeniza la heterogeneidad de los materiales pétreos.

La Piedra Natural es un material ampliamente utilizado, desde los inicios de la humanidad. Su aplicación y funcionalidad están sobradamente justificadas por sus características técnicas, que han sido puestas a prueba durante varios siglos. Además de presentar buenas características físicas y mecánicas, de resistencia o durabilidad, es importante medir otros valores que nos aporta este material, así como, observar el comportamiento humano generado por los productos o ambientes creados en Piedra Natural. Con el fin de identificar la capacidad de diálogo entre la Piedra Natural y el Ser Humano para el diseño y desarrollo de nuevos productos, hemos estudiado, mediante la utilización de diferentes técnicas (cualitativas y cuantitativas), las características intrínsecas del material que influyen en el bienestar del ser humano, el posicionamiento del diseño dentro de las empresas de elaboración del sector, los factores claves del material en la creación de nuevos productos, y por otra parte, los gustos, preferencias y posicionamiento del consumidor frente a esas mismas variables. Los resultados han demostrado que existe un gran interés por productos diseñados y desarrollados a partir de la Piedra Natural, tanto por parte de las empresas y de los diseñadores como también del consumidor. Las empresas y los diseñadores están de acuerdo en cuanto a las aportaciones y beneficios del diseño y junto con los consumidores, todos convergen en las mismas sensaciones que justifican la explotación de un producto en Piedra Natural. Sin embargo, el estudio de las variables relacionadas con los atributos del material, presentan algunas divergencias de opinión de los empresarios, diseñadores y consumidores. Con este estudio se concluye que la relación que mantiene el Ser Humano con un producto de Piedra Natural, se establece por medio de aspectos que transcienden su valor emocional - cultura, historia y tradición - para centrarse en la funcionalidad y en la apariencia del producto. El mer / Paixao Pereira Mestre Barradas, S. (2012). La Capacidad de diálogo entre la Piedra Natural y el Ser Humano, para el diseño y desarrollo de nuevos productos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16185 / Palancia

La predicción de las propiedades de transporte de fluidos es una labor de importancia primordial en áreas científicas de gran interés económico. Las dificultades encontradas en describir y predecir cualquier problema ingenieril relacionado con el flujo de fluidos en medios rocosos carbonáticos es un desafío compartido entre los investigadores dedicados a este tema, atribuido principalmente al gran número de variables a ser consideradas. Las texturas de origen primario y secundario, la composición mineralógica, la porosidad y la distribución de tamaño de poro, la proporción clasto/matriz/cemento/tipo de poro, el arreglo espacial de los elementos texturales y estructurales, entre otros, actúan simultáneamente a escala de poro hasta escalas superiores, impactando sobre un único parámetro de conjunto investigado. Como resultado, los modelos de predicción clásicos no describen correctamente las propiedades de transporte de fluidos, debido a la pobre relación encontrada entre los resultados experimentales y las estimaciones teóricas. Esto podría deberse, en parte, a la exclusión de parámetros claves en las teorías existentes, a la simplificación excesiva de las ecuaciones generalizadas y a la aplicación inadecuada de modelos determinísticos para evaluar medios porosos caóticos. Esta investigación tiene como objetivo desarrollar modelos de flujo monofásico en rocas carbonáticas de agua dulce y marinas, con el propósito de describir procesos de flujo reales, tanto en medios no saturados (capilaridad) como saturados (permeabilidad), a partir de un enfoque teórico y experimental. Para ello, primero se cuantifican en profundidad los factores intrínsecos de las rocas y posteriormente se determina su control sinérgico sobre el comportamiento del flujo de fluidos. Con base en la conceptualización adecuada del espacio poroso interconectado, como también en la selección y parametrización de las variables petrológicas y petrofísicas más significativas, se introducen nuevas ecuaciones empíricas de regresión lineal múltiple y soluciones semi-analíticas para estimar la permeabilidad. La atención se centra en modelos de predicción de la permeabilidad a partir de la imbibición capilar, la estructura del poro y la mojabilidad, asumiendo que el frente capilar en el ensayo de imbibición espontánea alcanza un estado de saturación completa como el presentado en la permeabilidad absoluta. En esta investigación se escogieron tres tipos de dolomías fracturadas y dos travertinos de la Cordillera Bética (SE de España), y una caliza lacustre de la Cuenca de Madrid (Centro de España), comercializadas como mármoles y ampliamente utilizadas como material de construcción. A fin de verificar los modelos de permeabilidad e identificar los principales factores de control, también se estudiaron y se compararon algunas rocas sedimentarias adicionales provenientes de España (biocalcarenita, biocalcirrudita, oosparita y arenisca) y dos rocas volcánicas (tobas de lapilli) de la Isla de Madeira, Portugal. En conjunto, estas rocas además de presentar una petrogénesis y composición mineralógica diferenciada, también exhiben una amplia gama de características petrográficas que proporcionan distintos grados de conectividad, porosidades, distribuciones de tamaño de poro, coeficientes de absorción de agua por capilaridad y de permeabilidades al agua. El análisis de componentes principales y los modelos de regresión propuestos para las dolomías fracturadas demostraron claramente, por un lado, que el sistema poroso en medios no saturados debe ser modelado a partir de la combinación de tubos capilares con geometría diferente representando la matriz (cilíndricos) y las fisuras (prismas rectangulares) y, por otro lado, que la cuantificación detallada del tamaño de la fisura permitió una predicción más precisa de la permeabilidad en medios saturados. Los resultados experimentales confirman que las propiedades de transporte y su comportamiento anisotrópico dependen en gran medida de la tipología de las fisuras, de las características texturales, de la mineralogía y de la distribución espacial de todos los elementos constituyentes de la fábrica de la roca. Las fisuras con gran apertura generan una succión capilar débil, por lo que no se hallan activas en el transporte de agua por capilaridad, pero son vitales para controlar la permeabilidad. Las brechas tipo «crackle» con clastos pequeños, alto contenido de cemento dolomítico y alta densidad de fisura de tipo interclasto, muestran una fuerte succión capilar. Sin embargo, el alto contenido de cemento calcítico produce tasas anormalmente bajas del ascenso capilar, causadas por una posible contaminación de la superficie de los poros, indicando un estado de mojabilidad parcial con un ángulo de contacto mayor que cero. La buena correlación entre la permeabilidad y los factores geométricos de la fisura ofreció una base adecuada para identificar direcciones permeables preferentes. Adicionalmente, se encontró un valor de densidad de fisura crítica (umbral de percolación) que definió la permeabilidad isotrópica de la matriz. Finalmente, se presenta un nuevo modelo lineal práctico y simple, aplicable a dolomías brechoides, que relaciona la permeabilidad con la capilaridad, la densidad de fisura y la porosidad efectiva. El análisis de estos resultados reveló que el uso del análisis multivariante en dolomías con porosidad de tipo dual es considerablemente más preciso en comparación con los enfoques convencionales. El espacio poroso de las calizas, travertinos, tobas, rocas bioclásticas y areniscas estudiadas se describe como un medio poroso homogéneo constituido por un grupo de tubos capilares paralelos. El análisis estadístico también mostró fuertes correlaciones entre los parámetros petrofísicos de las variedades petrológicas evaluadas. Diversas propiedades fundamentales se ajustan a diferentes expresiones lineales y múltiples, en las cuales la permeabilidad al agua se expresa como una función generalizada de las propiedades. La relación entre la permeabilidad y la porosidad se discute en el contexto de la influencia de la conectividad de los poros y la mojabilidad. Como consecuencia, se propone un modelo generalizado para estimar la permeabilidad en medios porosos homogéneos que incluye información sobre la tasa de fluidos del agua (coeficiente de absorción capilar), propiedades del agua (densidad y viscosidad), mojabilidad (tensión interfacial y ángulo de contacto) y estructura del poro (radio medio del poro y porosidad). Los resultados indican que el radio de poro umbral, en el que el agua percola a través de la roca, logra la mejor descripción del sistema poroso. La ecuación propuesta se compara con las ecuaciones de Carman-Kozeny y Katz- Thompson y alcanza predicciones muy precisas de la permeabilidad al agua en el rango de 0.01 a 1000 mD. Otro aspecto significativo de esta ecuación consiste en el hecho de que reveló que valores altos de ángulos de contacto permiten obtener resultados confiables en la predicción de la permeabilidad, especialmente en rocas con alto contenido de calcita. Por tanto, se propone una ecuación para estimar la permeabilidad a partir de la sortividad intrínseca en lugar de la capilaridad, eliminando la existencia de cualquier estado de mojabilidad parcial y logrando así una excelente correlación entre los resultados predichos y los experimentales. Una regresión lineal simple que relaciona el coeficiente de absorción capilar con la raíz cuadrada de la permeabilidad, proporcionando por primera vez un alto coeficiente de correlación (R = 0.991) en rocas altamente heterogéneas y anisotrópicas, específicamente en tobas de lapilli, sugiere que en ausencia de calcita no se espera una absorción anormal de agua por capilaridad y, por consiguiente, este tipo de modelo podría aplicarse de manera muy efectiva en estos casos. En resumen, este estudio ha demostrado que a través de la implementación de un enfoque sistemático que incluye la configuración real del sistema poroso de la roca, la identificación correcta de las variables petrológicas y petrofísicas relacionadas directamente entre sí, la determinación de su efecto sinérgico y, finalmente, la elección adecuada del modelo de permeabilidad a ser aplicado, es factible obtener estimaciones precisas de la permeabilidad.