Durabilidad y propiedades mecánicas del hormigón autocompactante con adición de microsílice y nano sílice

Con la creciente preocupación por el impacto ambiental de la industria del cemento, el uso de subproductos industriales en la fabricación del cemento y del hormigón ha cobrado gran interés en nuestros días, ya que permiten utilizar estos desechos, reduciendo en muchos casos el consumo de cemento en el hormigón; disminuyendo a su vez el consumo energético y las emisiones asociadas a su producción. El humo de sílice es un subproducto de la producción de metal silicio o ferrosilício, su uso como adición en el hormigón ha demostrado ser efectivo en hormigones de alta resistencia. Las partículas de SiO2 micro y nano, reaccionan con el hidróxido de calcio y la tasa de la reacción puzolánica es proporcional al área disponible para la reacción. Al utilizar nano-partículas, se aumenta el área, mejorando seguramente el desempeño del hormigón. Por lo tanto, resulta de utilidad estudiar el efecto de estas adiciones en el hormigón. En este trabajo se han estudiado las propiedades mecánicas y la durabilidad de varias mezclas de hormigón autocompactante de alta resistencia con adición de microsílice y nanosílice. Para este propósito se ha incorporado a la mezcla de hormigón microsílice en 3, 6 y 10% y nanosílice en 3 y 6% respectivamente, en peso de cemento. En todas las mezclas se han mantenido constantes el contenido de cemento de 450 kg/m3 , la relación a/c y la cantidad de aditivo plastificante. Se han realizado ensayos en estado fresco para obtener las características reológicas de los hormigones. Se han determinado las principales propiedades mecánicas a 28 días de edad y se han realizado ensayos de durabilidad. Los resultados de los ensayos muestran una mejora significativa en las propiedades del hormigón. Desde el punto de vista microestructural se observa una estructura porosa más refinada y densa en las mezclas que contienen adiciones, lo cual puede contribuir al mejoramiento de la resistencia y la durabilidad de los hormigones. Las nanopartículas resultaron ser mejores que el microsílice en el aumento de la resistencia.

Estudio de las propiedades mecánicas de obleas de silicio

En esta tesis se propone un procedimiento para evaluar la resistencia mecánica de obleas de silicio cristalino y se aplica en diferentes casos válidos para la industria. En el sector de la industria fotovoltaica predomina la tecnología basada en paneles de silicio cristalino. Estos paneles están compuestos por células solares conectadas en serie y estas células se forman a partir de obleas de silicio. Con el objetivo de disminuir el coste del panel, en los últimos años se ha observado una clara tendencia a la reducción del espesor de las obleas. Esta reducción del espesor modifica la rigidez de las obleas por lo que ha sido necesario modificar la manera tradicional de manipularlas con el objetivo de mantener un bajo ratio de rotura. Para ello, es necesario conocer la resistencia mecánica de las obleas. En la primera parte del trabajo se describen las obleas de silicio, desde su proceso de formación hasta sus propiedades mecánicas. Se muestra la influencia de la estructura cristalográfica en la resistencia y en el comportamiento ya que el cristal de silicio es anisótropo. Se propone también el método de caracterización de la resistencia. Se utiliza un criterio probabilista basado en los métodos de dimensionamiento de materiales frágiles en el que la resistencia queda determinada por los parámetros de la ley de Weibull triparamétrica. Se propone el procedimiento para obtener estos parámetros a partir de campañas de ensayos, modelización numérica por elementos finitos y un algoritmo iterativo de ajuste de los resultados. En la segunda parte de la tesis se describen los diferentes tipos de ensayos que se suelen llevar a cabo con este material. Se muestra además, para cada uno de los ensayos descritos, un estudio comparativo de diferentes modelos de elementos finitos simulando los ensayos. Se comparan tanto los resultados aportados por cada modelo como los tiempos de cálculo. Por último, se presentan tres aplicaciones diferentes donde se ha aplicado este procedimiento de estudio. La primera aplicación consiste en la comparación de la resistencia mecánica de obleas de silicio en función del método de crecimiento del lingote. La resistencia de las tradicionales obleas monocristalinas obtenidas por el método Czochralski y obleas multicristalinas es comparada con las novedosas obleas quasi-monocristalinas obtenidas por métodos de fundición. En la segunda aplicación se evalúa la profundidad de las grietas generadas en el proceso de corte del lingote en obleas. Este estudio se realiza de manera indirecta: caracterizando la resistencia de grupos de obleas sometidas a baños químicos de diferente duración. El baño químico reduce el espesor de las obleas eliminando las capas más dañadas. La resistencia de cada grupo es analizada y la comparación permite obtener la profundidad de las grietas generadas en el proceso de corte. Por último, se aplica este procedimiento a un grupo de obleas con características muy especiales: obleas preparadas para formar células de contacto posterior EWT. Estas obleas presentan miles de agujeros que las debilitan considerablemente. Se aplica el procedimiento de estudio propuesto con un grupo de estas obleas y se compara la resistencia obtenida con un grupo de referencia. Además, se propone un método simplificado de estudio basado en la aplicación de una superficie de intensificación de tensiones. ABSTRACT In this thesis, a procedure to evaluate the mechanical strength of crystalline silicon wafers is proposed and applied in different studies. The photovoltaic industry is mainly based on crystalline silicon modules. These modules are composed of solar cells which are based on silicon wafers. Regarding the cost reduction of solar modules, a clear tendency to use thinner wafers has been observed during last years. Since the stiffness varies with thickness, the manipulation techniques need to be modified in order to guarantee a low breakage rate. To this end, the mechanical strength has to be characterized correctly. In the first part of the thesis, silicon wafers are described including the different ways to produce them and the mechanical properties of interest. The influence of the crystallographic structure in the strength and the behaviour (the anisotropy of the silicon crystal) is shown. In addition, a method to characterize the mechanical strength is proposed. This probabilistic procedure is based on methods to characterize brittle materials. The strength is characterized by the values of the three parameters of the Weibull cumulative distribution function (cdf). The proposed method requires carrying out several tests, to simulate them through Finite Element models and an iterative algorithm in order to estimate the parameters of the Weibull cdf. In the second part of the thesis, the different types of test that are usually employed with these samples are described. Moreover, different Finite Element models for the simulation of each test are compared regarding the information supplied by each model and the calculation times. Finally, the method of characterization is applied to three examples of practical applications. The first application consists in the comparison of the mechanical strength of silicon wafers depending on the ingot growth method. The conventional monocrystalline wafers based on the Czochralski method and the multicrystalline ones are compared with the new quasi-monocrystalline substrates. The second application is related to the estimation of the crack length caused by the drilling process. An indirect way is used to this end: several sets of silicon wafers are subjected to chemical etchings of different duration. The etching procedure reduces the thickness of the wafers removing the most damaged layers. The strength of each set is obtained by means of the proposed method and the comparison permits to estimate the crack length. At last, the procedure is applied to determine the strength of wafers used for the design of back-contact cells of type ETW. These samples are drilled in a first step resulting in silicon wafers with thousands of tiny holes. The strength of the drilled wafers is obtained and compared with the one of a standard set without holes. Moreover, a simplified approach based on a stress intensification surface is proposed.

Modelo de Gestión del Conocimiento para la Competitividad del Sector de las Construcciones Petroleras, Petroquímicas y Energéticas Venezolanas

La construcción es una de las actividades más valiosas para la sociedad debido a la naturaleza de los servicios que ofrece y por el volumen de empleos y movimiento económico que genera. Por ello es un elemento fundamental para el desarrollo sustentable. Es una industria compleja, cada vez más dependiente del conocimiento. Debido a su naturaleza fragmentaria y temporal y la alta rotación de personal presenta grandes retos y complicaciones particulares. Estas dificultades en oportunidades pueden transformarse en problemas por la complejidad, localización geográfica o los requisitos técnicos, financieros e innovaciones de los proyectos. Debido a sus características, las construcciones sufren cambios en las condiciones planificadas. Con frecuencia estos cambios conducen a retrasos en la ejecución de los proyectos, costes superiores a los presupuestados y conflictos entre los clientes y los ejecutores. Esto genera problemas de competitividad que afectan tanto a países desarrollados como países en vías de desarrollo. Los problemas de la construcción tienen perniciosos efectos para la sociedad, que pierde recursos que deberían permitir mejores resultados en términos de calidad de vida y beneficios sociales y económicos. Debido a la importancia del sector y los ingentes recursos que se invierten en cada proyecto se justifican los máximos esfuerzos para lograr los mejores desempeños de esta industria. Éste interés ha orientado el desarrollo de investigaciones, para apoyar el logro de los objetivos de mejoramiento continuo y construcción sustentable. Los estudios desarrollados han permitido demostrar el valor añadido del conocimiento en todos los sectores productivos. Para la construcción, los conocimientos ofrecen indicadores de desempeño, datos y lecciones aprendidas provenientes de aciertos y errores. Estos deben conducir a aprendizajes fundamentales para sustentar su competitividad. Sin embargo, a pesar de los conocimientos disponibles y los avances en las técnicas de control gerencial y de proyectos, es alarmante la recurrencia de los problemas de construcción. Esta problemática se manifiesta con severidad en los proyectos de construcción industrial que se desarrollan para el sector petrolero, petroquímico y energético venezolano. El sector presenta evidentes necesidades para un mejor desempeño competitivo por la alta incidencia de retrasos de los proyectos, que implican pérdidas de gran parte de los recursos humanos, financieros, técnicos y conocimientos invertidos. Esta investigación plantea como objetivos analizar la importancia de la construcción y su sustentabilidad, los principales problemas que afectan el sector, la gestión del conocimiento y algunos modelos disponibles para gestionarlos. Igualmente examina las lecciones aprendidas y la productividad y competitividad, con particular atención a los problemas de competitividad venezolanos. Adicionalmente se evalúan las implicaciones del conocimiento como activo estratégico y se caracterizan las empresas de construcción industrial venezolanas. Para ello se identifican las dimensiones que sustentan la gestión del conocimiento en estas empresas, para finalmente determinar las que resultan más idóneas para el nuevo modelo a ser propuesto. Con estos objetivos se desarrolló el estudio empírico. Para ello fueron invitados a participar representantes de 105 empresas y expertos de construcción distintos, todos con experiencias de construcción al sector industrial venezolano. Se obtuvieron 112 respuestas en representación de 41 organizaciones y expertos diferentes. El trabajo de campo inició en Junio de 2012 y culminó en Noviembre de 2012. Los datos obtenidos fueron analizados con apoyo de técnicas estadísticas descriptivas y multivariables. Los objetivos de la investigación se alcanzaron ya que se logró caracterizar el sector de las construcciones industriales y se propuso un nuevo modelo de gestión del conocimiento adecuado a sus características. El nuevo modelo fue formulado atendiendo a criterios de sencillez, bajos costes y facilidad de adaptación para motivar su utilización en organizaciones de construcción industrial variadas. Con ello se busca que resulte de utilidad aún para las organizaciones más pequeñas, con menores recursos o aquellas que enfrentan entornos constructivos complicados. Por último se presentan algunas sugerencias para motivar la comprensión de los fenómenos estudiados en los grupos de interés de la construcción. Se propone analizar estos problemas desde las etapas iniciales de los estudios de ingeniería, de arquitectura, de construcción, de economía y administración. Igualmente se propone desarrollar acciones conjuntas de parte de los sectores académicos, gubernamentales, industriales y asociaciones para el mejoramiento competitivo y desarrollo sustentable global. La propuesta aporta datos sobre el sector constructivo venezolano en un área que presenta grandes carencias y propone un modelo innovador por su sencillez y orientación hacia el uso diario e intuitivo de los conocimientos como recursos fundamentales para la competitividad. Esta orientación puede tener trascendencia más allá del sector descrito, para apoyar la solución de problemas de otras industrias en entornos globales. ABSTRACT Construction is one of the most valuable activities for society due to the nature of the services offered and the number of jobs and revenues generated. Therefore it is a key element for sustainable development. Construction is a complex industry increasingly dependent on knowledge. Its temporary and fragmentary nature and the high staff turnover present great challenges and particular complications to construction. In some cases these conditions may evolve to serious problems because of the complexity, geographic location or even technical, financial and innovative requirements of each project. Due to their characteristics, constructions frequently undergo changes in planned conditions. Often these changes lead to delays in project completion, costs higher than budgeted and conflicts between clients and performers. This creates problems of competitiveness affecting both developed and developing countries. The construction problems have harmful effects on society, since it loses resources that would otherwise allow better results in terms of quality of life and social and economic benefits. The importance and the enormous resources invested in each project justify the efforts to achieve the best performance of this industry. This interest has guided the development of multiple research efforts to support the achievement of construction performance improvements and sustainable construction. The studies carried out have demonstrated the added value of knowledge in all productive sectors. For construction, knowledge offers performance indicators, data and lessons learned from successes and failures. These should lead to fundamental learning to sustain sector competitiveness. However, despite the available knowledge and advances in techniques and project management control, the recurrence of construction problems is alarming. This problem shows itself severely in industrial construction projects that are developed for the Venezuelan oil, petrochemical and energy sectors. These sectors have evident needs for better competitive performance because of the high incidence of project delays, involving loss of much of the human, financial, technical and knowledge resources invested. This research analyzes the importance of construction and sustainability, the main problems affecting the sector, knowledge and some models available to manage them. It also examines the lessons learned and the productivity and competitiveness, with particular attention to the problems of Venezuelan competitiveness. Additionally, the Venezuelan industrial construction companies are characterized evaluating the implications of knowledge as an strategic asset for construction. Moreover, the research evaluates the dimensions that support knowledge management in these companies, to finally identify those that are the most suitable for the new model to be proposed. With these objectives in mind the empirical study was developed. 105 different companies and experts with Venezuelan industrial construction experiences were invited to participate on the survey. 112 responses were obtained representing 41 different organizations and experts. Fieldwork started in June 2012 and ended in November 2012. The data obtained was analyzed with descriptive and multivariate statistical techniques. The research objectives were achieved since the industrial construction sector was characterized and a new management model was proposed based on the particular characteristics of these companies. The new model was formulated according to the criteria of simplicity, low cost and ease of adaptation. This was performed to motivate the use of the new model in various industrial construction organizations, even in smaller companies, with limited resources or those facing complex construction environments. Finally some suggestions to encourage understanding of the phenomena studied among construction stakeholders were proposed. The importance of studying these problems at an early stage of the engineering, architectural, construction, economic and administration studies is highlighted. Additionally, academic, government, industrial organizations and associations are invited to join efforts to improve the competitive and sustainable global development. The proposal provides data on the Venezuelan construction sector in an area that has large gaps and proposes a model which is innovative for its simplicity and suggests the daily and intuitive use of knowledge resources as a key issue to competitiveness. This orientation may have implications beyond the described sector to support the solution of problems of other industries in a global environment.

Comportamiento frente a la durabilidad de morteros de reparación de cemento modificados con polímeros

El auge que ha surgido en los últimos años por la reparación de edificios y estructuras construidas con hormigón ha llevado al desarrollo de morteros de reparación cada vez más tecnológicos. En el desarrollo de estos morteros por parte de los fabricantes, surge la disyuntiva en el uso de los polímeros en sus formulaciones, por no encontrarse justificado en ocasiones el trinomio prestaciones/precio/aplicación. En esta tesis se ha realizado un estudio exhaustivo para la justificación de la utilización de estos morteros como morteros de reparación estructural como respuesta a la demanda actual disponiéndolo en tres partes: En la primera parte se realizó un estudio del arte de los morteros y sus constituyentes. El uso de los morteros se remonta a la antigüedad, utilizándose como componentes yeso y cal fundamentalmente. Los griegos y romanos desarrollaron el concepto de morteros de cal, introduciendo componentes como las puzolanas, cales hidraúlicas y áridos de polvo de mármol dando origen a morteros muy parecidos a los hormigones actuales. En la edad media y renacimiento se perdió la tecnología desarrollada por los romanos debido al extenso uso de la piedra en las construcciones civiles, defensivas y religiosas. Hubo que esperar hasta el siglo XIX para que J. Aspdin descubriese el actual cemento como el principal compuesto hidraúlico. Por último y ya en el siglo XX con la aparición de moléculas tales como estireno, melanina, cloruro de vinilo y poliésteres se comenzó a desarrollar la industria de los polímeros que se añadieron a los morteros dando lugar a los “composites”. El uso de polímeros en matrices cementantes dotan al mortero de propiedades tales como: adherencia, flexibilidad y trabajabilidad, como ya se tiene constancia desde los años 30 con el uso de caucho naturales. En la actualidad el uso de polímeros de síntesis (polivinialacetato, estireno-butadieno, viniacrílico y resinas epoxi) hacen que principalmente el mortero tenga mayor resistencia al ataque del agua y por lo tanto aumente su durabilidad ya que se minimizan todas las reacciones de deterioro (hielo, humedad, ataque biológico,…). En el presente estudio el polímero que se utilizó fue en estado polvo: polímero redispersable. Estos polímeros están encapsulados y cuando se ponen en contacto con el agua se liberan de la cápsula formando de nuevo el gel. En los morteros de reparación el único compuesto hidraúlico que hay es el cemento y es el principal constituyente hoy en día de los materiales de construcción. El cemento se obtiene por molienda conjunta de Clínker y yeso. El Clínker se obtiene por cocción de una mezcla de arcillas y calizas hasta una temperatura de 1450-1500º C por reacción en estado fundente. Para esta reacción se deben premachacar y homogeneizar las materias primas extraídas de la cantera. Son dosificadas en el horno con unas proporciones tales que cumplan con unas relación de óxidos tales que permitan formar las fases anhidras del Clínker C3S, C2S, C3A y C4AF. De la hidratación de las fases se obtiene el gel CSH que es el que proporciona al cemento de sus propiedades. Existe una norma (UNE-EN 197-1) que establece la composición, especificaciones y tipos de cementos que se fabrican en España. La tendencia actual en la fabricación del cemento pasa por el uso de cementos con mayores contenidos de adiciones (cal, puzolana, cenizas volantes, humo de sílice,…) con el objeto de obtener cementos más sostenibles. Otros componentes que influyen en las características de los morteros son: - Áridos. En el desarrollo de los morteros se suelen usar naturales, bien calizos o silícicos. Hacen la función de relleno y de cohesionantes de la matriz cementante. Deben ser inertes - Aditivos. Son aquellos componentes del mortero que son dosificados en una proporción menor al 5%. Los más usados son los superplastificantes por su acción de reductores de agua que revierte en una mayor durabilidad del mortero. Una vez analizada la composición de los morteros, la mejora tecnológica de los mismos está orientada al aumento de la durabilidad de su vida en obra. La durabilidad se define como la capacidad que éste tiene de resistir a la acción del ambiente, ataques químicos, físicos, biológicos o cualquier proceso que tienda a su destrucción. Estos procesos dependen de factores tales como la porosidad del hormigón y de la exposición al ambiente. En cuanto a la porosidad hay que tener en cuenta la distribución de macroporos, mesoporos y microporos de la estructura del hormigón, ya que no todos son susceptibles de que se produzca el transporte de agentes deteriorantes, provocando tensiones internas en las paredes de los mismos y destruyendo la matriz cementante Por otro lado los procesos de deterioro están relacionados con la acción del agua bien como agente directo o como vehículo de transporte del agente deteriorante. Un ambiente que resulta muy agresivo para los hormigones es el marino. En este caso los procesos de deterioro están relacionados con la presencia de cloruros y de sulfatos tanto en el agua de mar como en la atmosfera que en combinación con el CO2 y O2 forman la sal de Friedel. El deterioro de las estructuras en ambientes marinos se produce por la debilitación de la matriz cementante y posterior corrosión de las armaduras que provocan un aumento de volumen en el interior y rotura de la matriz cementante por tensiones capilares. Otras reacciones que pueden producir estos efectos son árido-álcali y difusión de iones cloruro. La durabilidad de un hormigón también depende del tipo de cemento y su composición química (cementos con altos contenidos de adición son más resistentes), relación agua/cemento y contenido de cemento. La Norma UNE-EN 1504 que consta de 10 partes, define los productos para la protección y reparación de estructuras de hormigón, el control de calidad de los productos, propiedades físico-químicas y durables que deben cumplir. En esta Norma se referencian otras 65 normas que ofrecen los métodos de ensayo para la evaluación de los sistemas de reparación. En la segunda parte de esta Tesis se hizo un diseño de experimentos con diferentes morteros poliméricos (con concentraciones de polímero entre 0 y 25%), tomando como referencia un mortero control sin polímero, y se estudiaron sus propiedades físico-químicas, mecánicas y durables. Para mortero con baja proporción de polímero se recurre a sistemas monocomponentes y para concentraciones altas bicomponentes en la que el polímero está en dispersión acuosa. Las propiedades mecánicas medidas fueron: resistencia a compresión, resistencia a flexión, módulo de elasticidad, adherencia por tracción directa y expansión-retracción, todas ellas bajo normas UNE. Como ensayos de caracterización de la durabilidad: absorción capilar, resistencia a carbonatación y adherencia a tracción después de ciclos hielo-deshielo. El objeto de este estudio es seleccionar el mortero con mejor resultado general para posteriormente hacer una comparativa entre un mortero con polímero (cantidad optimizada) y un mortero sin polímero. Para seleccionar esa cantidad óptima de polímero a usar se han tenido en cuenta los siguientes criterios: el mortero debe tener una clasificación R4 en cuanto a prestaciones mecánicas al igual que para evaluar sus propiedades durables frente a los ciclos realizados, siempre teniendo en cuenta que la adición de polímero no puede ser elevada para hacer el mortero competitivo. De este estudio se obtuvieron las siguientes conclusiones generales: - Un mortero normalizado no cumple con propiedades para ser clasificado como R3 o R4. - Sin necesidad de polímero se puede obtener un mortero que cumpliría con R4 para gran parte de las características medidas - Es necesario usar relaciones a:c< 0.5 para conseguir morteros R4, - La adición de polímero mejora siempre la adherencia, abrasión, absorción capilar y resistencia a carbonatación - Las diferentes proporciones de polímero usadas siempre suponen una mejora tecnológica en propiedades mecánicas y de durabilidad. - El polímero no influye sobre la expansión y retracción del mortero. - La adherencia se mejora notablemente con el uso del polímero. - La presencia de polímero en los morteros mejoran las propiedades relacionadas con la acción del agua, por aumento del poder cementante y por lo tanto de la cohesión. El poder cementante disminuye la porosidad. Como consecuencia final de este estudio se determinó que la cantidad óptima de polímero para la segunda parte del estudio es 2.0-3.5%. La tercera parte consistió en el estudio comparativo de dos morteros: uno sin polímero (mortero A) y otro con la cantidad optimizada de polímero, concluida en la parte anterior (mortero B). Una vez definido el porcentaje de polímeros que mejor se adapta a los resultados, se plantea un nuevo esqueleto granular mejorado, tomando una nueva dosificación de tamaños de áridos, tanto para el mortero de referencia, como para el mortero con polímeros, y se procede a realizar los ensayos para su caracterización física, microestructural y de durabilidad, realizándose, además de los ensayos de la parte 1, mediciones de las propiedades microestructurales que se estudiaron a través de las técnicas de porosimetría de mercurio y microscopia electrónica de barrido (SEM); así como propiedades del mortero en estado fresco (consistencia, contenido de aire ocluido y tiempo final de fraguado). El uso del polímero frente a la no incorporación en la formulación del mortero, proporcionó al mismo de las siguientes ventajas: - Respecto a sus propiedades en estado fresco: El mortero B presentó mayor consistencia y menor cantidad de aire ocluido lo cual hace un mortero más trabajable y más dúctil al igual que más resistente porque al endurecer dejará menos huecos en su estructura interna y aumentará su durabilidad. Al tener también mayor tiempo de fraguado, pero no excesivo permite que la manejabilidad para puesta en obra sea mayor, - Respecto a sus propiedades mecánicas: Destacar la mejora en la adherencia. Es una de las principales propiedades que confiere el polímero a los morteros. Esta mayor adherencia revierte en una mejora de la adherencia al soporte, minimización de las posibles reacciones en la interfase hormigón-mortero y por lo tanto un aumento en la durabilidad de la reparación ejecutada con el mortero y por consecuencia del hormigón. - Respecto a propiedades microestructurales: la porosidad del mortero con polímero es menor y menor tamaño de poro critico susceptible de ser atacado por agentes externos causantes de deterioro. De los datos obtenidos por SEM no se observaron grandes diferencias - En cuanto a abrasión y absorción capilar el mortero B presentó mejor comportamiento como consecuencia de su menor porosidad y su estructura microscópica. - Por último el comportamiento frente al ataque de sulfatos y agua de mar, así como al frente de carbonatación, fue más resistente en el mortero con polímero por su menor permeabilidad y su menor porosidad. Para completar el estudio de esta tesis, y debido a la gran importancia que están tomando en la actualidad factores como la sostenibilidad se ha realizado un análisis de ciclo de vida de los dos morteros objeto de estudio de la segunda parte experimental.In recent years, the extended use of repair materials for buildings and structures made the development of repair mortars more and more technical. In the development of these mortars by producers, the use of polymers in the formulations is a key point, because sometimes this use is not justified when looking to the performance/price/application as a whole. This thesis is an exhaustive study to justify the use of these mortars as a response to the current growing demand for structural repair. The thesis is classified in three parts:The first part is the study of the state of the art of mortars and their constituents.In ancient times, widely used mortars were based on lime and gypsum. The Greeks and Romans developed the concept of lime mortars, introducing components such as pozzolans, hydraulic limes and marble dust as aggregates, giving very similar concrete mortars to the ones used currently. In the middle Age and Renaissance, the technology developed by the Romans was lost, due to the extensive use of stone in the civil, religious and defensive constructions. It was not until the 19th century, when J. Aspdin discovered the current cement as the main hydraulic compound. Finally in the 20th century, with the appearance of molecules such as styrene, melanin, vinyl chloride and polyester, the industry began to develop polymers which were added to the binder to form special "composites".The use of polymers in cementitious matrixes give properties to the mortar such as adhesion, Currently, the result of the polymer synthesis (polivynilacetate, styrene-butadiene, vynilacrylic and epoxy resins) is that mortars have increased resistance to water attack and therefore, they increase their durability since all reactions of deterioration are minimised (ice, humidity, biological attack,...). In the present study the polymer used was redispersible polymer powder. These polymers are encapsulated and when in contact with water, they are released from the capsule forming a gel.In the repair mortars, the only hydraulic compound is the cement and nowadays, this is the main constituent of building materials. The current trend is centered in the use of higher contents of additions (lime, pozzolana, fly ash, silica, silica fume...) in order to obtain more sustainable cements. Once the composition of mortars is analyzed, the technological improvement is centred in increasing the durability of the working life. Durability is defined as the ability to resist the action of the environment, chemical, physical, and biological attacks or any process that tends to its destruction. These processes depend on factors such as the concrete porosity and the environmental exposure. In terms of porosity, it be considered, the distribution of Macropores and mesopores and pores of the concrete structure, since not all of them are capable of causing the transportation of damaging agents, causing internal stresses on the same walls and destroying the cementing matrix.In general, deterioration processes are related to the action of water, either as direct agent or as a transport vehicle. Concrete durability also depends on the type of cement and its chemical composition (cement with high addition amounts are more resistant), water/cement ratio and cement content. The standard UNE-EN 1504 consists of 10 parts and defines the products for the protection and repair of concrete, the quality control of products, physical-chemical properties and durability. Other 65 standards that provide the test methods for the evaluation of repair systems are referenced in this standard. In the second part of this thesis there is a design of experiments with different polymer mortars (with concentrations of polymer between 0 and 25%), taking a control mortar without polymer as a reference and its physico-chemical, mechanical and durable properties were studied. For mortars with low proportion of polymer, 1 component systems are used (powder polymer) and for high polymer concentrations, water dispersion polymers are used. The mechanical properties measured were: compressive strength, flexural strength, modulus of elasticity, adhesion by direct traction and expansion-shrinkage, all of them under standards UNE. As a characterization of the durability, following tests are carried out: capillary absorption, resistance to carbonation and pull out adhesion after freeze-thaw cycles. The target of this study is to select the best mortar to make a comparison between mortars with polymer (optimized amount) and mortars without polymer. To select the optimum amount of polymer the following criteria have been considered: the mortar must have a classification R4 in terms of mechanical performance as well as in durability properties against the performed cycles, always bearing in mind that the addition of polymer cannot be too high to make the mortar competitive in price. The following general conclusions were obtained from this study: - A standard mortar does not fulfill the properties to be classified as R3 or R4 - Without polymer, a mortar may fulfill R4 for most of the measured characteristics. - It is necessary to use relations w/c ratio < 0.5 to get R4 mortars - The addition of polymer always improves adhesion, abrasion, capillary absorption and carbonation resistance - The different proportions of polymer used always improve the mechanical properties and durability. - The polymer has no influence on the expansion and shrinkage of the mortar - Adhesion is improved significantly with the use of polymer. - The presence of polymer in mortars improves the properties related to the action of the water, by the increase of the cement power and therefore the cohesion. The cementitious properties decrease the porosity. As final result of this study, it was determined that the optimum amount of polymer for the second part of the study is 2.0 - 3.5%. The third part is the comparative study between two mortars: one without polymer (A mortar) and another with the optimized amount of polymer, completed in the previous part (mortar B). Once the percentage of polymer is defined, a new granular skeleton is defined, with a new dosing of aggregate sizes, for both the reference mortar, the mortar with polymers, and the tests for physical, microstructural characterization and durability, are performed, as well as trials of part 1, measurements of the microstructural properties that were studied by scanning electron microscopy (SEM) and mercury porosimetry techniques; as well as properties of the mortar in fresh State (consistency, content of entrained air and final setting time). The use of polymer versus non polymer mortar, provided the following advantages: - In fresh state: mortar with polymer presented higher consistency and least amount of entrained air, which makes a mortar more workable and more ductile as well as more resistant because hardening will leave fewer gaps in its internal structure and increase its durability. Also allow it allows a better workability because of the longer (not excessive) setting time. - Regarding the mechanical properties: improvement in adhesion. It is one of the main properties which give the polymer to mortars. This higher adhesion results in an improvement of adhesion to the substrate, minimization of possible reactions at the concrete-mortar interface and therefore an increase in the durability of the repair carried out with mortar and concrete. - Respect to microstructural properties: the porosity of mortar with polymer is less and with smaller pore size, critical to be attacked by external agents causing deterioration. No major differences were observed from the data obtained by SEM - In terms of abrasion and capillary absorption, polymer mortar presented better performance as a result of its lower porosity and its microscopic structure. - Finally behavior against attack by sulfates and seawater, as well as to carbonation, was better in the mortar with polymer because of its lower permeability and its lower porosity. To complete the study, due to the great importance of sustainability for future market facts, the life cycle of the two mortars studied was analysed.

Desarrollo de métodos para la evaluación integrada de propiedades mecánicas y superficiales inducidas en materiales metálicos mediante tratamiento superficial por ondas de choque generadas por láser

El tratamiento superficial por ondas de choque generadas por láser, LSP, es una técnica cuyo principal objetivo es el de la modificación del estado tensional de las primeras micras en profundidad de materiales metálicos. En sus comienzos está técnica fue empleada para inducir tensiones residuales de compresión en superficie, pero mientras se avanzaba en su desarrollo se empezaron a observar otros efectos. Profundizando en ellos se llega a la conclusión de que existe una fuerte relación entre todos, pero dependiendo de la aplicación a la que se vea sometido un componente tratado con LSP será necesario una serie de características que bien pueden ser ajustadas “a priori”. Para ello se ha de tener una buena caracterización del proceso láser y de las modificaciones que produce en las propiedades de un material determinado. Y es en este punto donde surge el problema: las modificaciones introducidas por el tratamiento láser son dependientes de la interacción de la energía del pulso láser con el material, es decir, para cada material es necesaria una caracterización previa de cómo sus propiedades son modificadas con las diferentes configuraciones del tratamiento LSP, encontrando para cada material un óptimo en los parámetros láser. En esta Tesis se pretende desarrollar una metodología para evaluar las modificaciones en las propiedades mecánicas y superficiales inducidas en materiales metálicos debido al tratamiento superficial por ondas de choque. De esta manera y avanzando de una manera lógica con la línea de investigación del grupo, se ha querido aplicar todo el conocimiento adquirido de la técnica para desarrollar esa metodología sobre un caso práctico: el empleo de dos configuraciones de tratamiento LSP sobre el acero inoxidable AISI 316L. Estas dos configuraciones elegidas se hacen en base a estudios previos, por parte del grupo de investigación, donde se han optimizados los parámetros para obtener el óptimo en lo que a perfil de tensiones residuales en profundidad se refiere. El material elegido como caso característico para llevar acabo la evaluación integrada del tratamiento LSP, de acuerdo con el propósito de esta Tesis, ha sido el acero inoxidable AISI 316L, debido a que este tipo de acero tiene una excelente resistencia a la corrosión en un amplio rango de atmosferas corrosivas, y es conocido como el grado estándar para un importante número de aplicaciones tecnológicas. La resistencia a la oxidación es buena incluso a altas temperaturas de servicio y la soldabilidad es excelente. Los aceros austeníticos son empleados en aplicaciones que soportan condiciones de alta temperatura y medios altamente corrosivos, como en reactores nucleares. Estos aceros resisten la corrosión en el agua de un reactor y procesos químicos en plantas que operan a temperaturas superiores a los 900 ˚C. En concreto el acero 316L se utiliza en la industria de equipamiento alimentario, en ambientes donde haya presencia de cloruros, en aplicaciones farmacéuticas, en la industria naval, en arquitectura, sector energético, centrales nucleares y en implantes médicos. Es decir, es un material ampliamente implantado en la industria, tanto en industrias tradicionales, como en industrias emergentes como la biomédica. El objetivo marcado para el desarrollo de la presente Tesis es caracterizar de forma precisa cómo el tratamiento superficial por ondas de choque generadas por láser es capaz de mejorar las propiedades de los materiales y cómo de estables son estas con la temperatura. Este punto es importante puesto que a la hora de introducir el proceso LSP en la industria no solo se tiene que tener en cuenta que las propiedades del material sean mejoradas, sino que también es necesario comprobar si esas mejoras se mantienen después de ser sometido el material a un tratamiento térmico ya que las condiciones de servicio de los materiales y componentes empleados no tienen por qué trabajar a temperatura ambiente. Para lograr el objetivo mencionado, el trabajo experimental realizado en la aleación seleccionada bajo todas las condiciones a estudio (material según fue recibido de fábrica, tratado con las dos configuraciones LSP y después de haber sido sometido al tratamiento térmico) ha consistido en lo siguiente: i) Estudios microestructural, morfológico y de composición química. ii) Medida de las tensiones residuales introducidas. iii) Caracterización superficial del material. iv) Estudio de las propiedades mecánicas: ensayos de tracción, ensayos de dureza, cálculo de la densidad de dislocaciones y ensayos de fatiga. v) Caracterización tribológica: ensayos de fricción y cálculo de la tasa de desgaste y volumen eliminado. vi) Caracterización electro-química para el material base y tratado con las dos configuraciones LSP. Se realizan medidas a circuito abierto, curvas de polarización (OCP), ensayos potenciostáticos y espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS). El trabajo se ha llevado a cabo en los laboratorios del Centro Láser de la Universidad Politécnica de Madrid.

Análisis sectorial y posicionamiento estratégico: el caso de la industria naval hacia el 2050

El motivo de abordar esta Tesis responde al hecho personal de haber vivido históricamente momentos cumbre de la Construcción Naval en España y no dejar de plantearme, a pesar de mi distancia del sector desde el punto de vista profesional, en las opciones de futuro para volver a ser competitivos en un sector que ha tenido un peso tan importante en la economía española, y que tanto ha ilusionado a centenares de profesionales y compañeros a lo largo de muchas décadas con el optimismo de estar aportando valor para que España fuera competitiva. A lo largo de los últimos años, y la relación con el ámbito de la dirección de Empresas desde el punto de vista de una Escuela de Negocios, así como el contacto con enfoques estratégicos en sectores muy diversos me animó a plantearme la Tesis con el objetivo de reflejar el estado actual del sector y poder valorar alternativas de futuro para la Construcción Naval española, aun sabiendo que son muchos los “maestros” realmente autorizados en nuestros país, con amplios conocimientos y experiencia, que muchas veces, a pesar de las propuestas y de los esfuerzos que han realizado para impulsar el sector, se han encontrado con situaciones adversas, bien de tipo económico, social‐laboral, político ‐a nivel nacional, europeo o global‐, etc., que han impedido un fortalecimiento del sector como todos hubiéramos deseado. La presión histórica ejercida por los países competidores en Construcción naval del ámbito asiático y lejano oriente, así como los compromisos derivados de las Directivas europeas, han obligado al sector de la Construcción Naval en España a buscar unos nuevos posicionamientos estratégicos presentes y, sobre todo, de futuro. Partiendo de un análisis del sector naval, tanto del mercado nacional como del internacional, con especial foco en los países líderes, se plantea investigar, siguiendo el modelo de Porter, las fuerzas competitivas que han influido en estas últimas décadas y que han conducido a la situación actual, valorando la estructura competitiva, el entorno relevante y los efectos de la globalización, con las amenazas de los nuevos y actuales competidores y las barreras existentes. Para abordar esta investigación se ha realizado un análisis del sector naval con la siguiente metodología: 1. Análisis del estado actual de la construcción naval en España. 2. Análisis del estado actual de la construcción naval en el mundo. 3. Estudio de la demanda en el mercado y evolución de la misma en los últimos años: muy centrada en los países líderes y más competitivos. 4. Estudio de las perspectivas de negocio en el sector marítimo y oceánico: estudio particular del transporte marítimo y una comparativa con la explotación de recursos oceánicos. Finalmente se decidió no abordar por falta de datos de futuro las construcciones militares. 5. Estudio de características de la industria naval española y capacidad de los astilleros. Se ha focalizado especialmente en la construcción para valorar la capacidad de futuro. 6. Análisis de fuerzas competitivas de la industria naval española a partir del modelo de Porter. En esta parte se incluyen alguno de los factores críticos externos e internos que ayudan a identificar barreras y estrategias en el entorno de la construcción naval como sector global. 7. Identificación de las oportunidades de negocio hacia el 2050. 8. Alternativas para una estrategia competitiva de actuación frente a las oportunidades de futuro en el 2050. Con esta Tesis se aporta un estudio competitivo actualizado, de acuerdo con el modelo de Porter, con el fin de proponer una posible estrategia competitiva de futuro, que posicione competitivamente la industria naval y el sector marítimo en España en las próximas décadas. ABSTRACT The reason for addressing this thesis responds to my personal experience about having lived historical moments summit Shipbuilding in Spain. Despite my distance from this industry from a professional point of view, I have never stopped wonder myself which are the options for the future to become competitive in an industry that has had such an important weight in the Spanish economy, which has excited so hundreds of professionals and peers through many decades with optimism to be adding value to Spain in order to be competitive again. Over recent years, and the relationship with the field of business management from the point of view of a business school, as well as contact with strategic approaches in diverse sectors encouraged me to wonder Thesis order to reflect the current state of the sector and to evaluate future alternatives for the Spanish Shipbuilding, knowing that many "teachers" really allowed in our country, with extensive knowledge and experience that often, despite proposals and the efforts that have been made to boost the sector, have met with adverse situations, whether economic, social and labor, political kind ‐at national, European or global‐level, etc., that have prevented a strengthening of all sectors we wished. The historical pressure from competing countries in Shipbuilding Asian area and Far East, as well as commitments arising from EU directives, have forced the shipbuilding industry in Spain to seek a new strategic positions present and, above all, future. Starting from an analysis of the shipbuilding sector, both national and international market, with special focus on the leading countries, we propose to investigate, following the model of Porter, the competitive forces that have influenced recent decades and have led to the current situation, assessing the competitive structure of the relevant environment and the effects of globalization, with the threat of new and existing competitors and barriers. To address this research has analyzed the naval sector with the following methodology: 1. Analysis of the current state of shipbuilding in Spain. 2. Analysis of the current state of shipbuilding in the world. 3. Study of the demand in the market and evolution of the same in recent years: very focused on the leading and most competitive countries. 4. Study of business prospects in the maritime and oceanic sector: private study of maritime transport and a comparison with the exploitation of ocean resources. Finally it was decided not to address a lack of data future military construction. 5. Study of characteristics of the Spanish shipbuilding and shipyard capacity. It is particularly focused on building the capacity to assess future. 6. Analysis of competitive forces of the Spanish shipbuilding industry from the model of Porter. In this part they include some critics of the external and internal factors that help identify barriers and strategies in the environment of global shipbuilding sector. 7. Identification of business opportunities by 2050. 8. Alternatives to a competitive strategy of action against future opportunities in 2050. This thesis has sought to provide a competitive study updated according to Porter's model, in order to propose a possible future competitive strategy to reach a competitive position at the shipbuilding industry and the maritime sector in Spain in the coming decades. The historical pressure from competing countries in the Asian sphere Shipbuilding and Far East, as well as commitments arising from EU directives have forced the shipbuilding industry in Spain to seek a new strategic positioning. Starting from an analysis of the shipbuilding sector, both national and international market, with a special focus on the leading countries, it is proposed to analyze, following the model of Porter, the competitive forces that have influenced in recent decades and have led to the current situation, studying the competitive structure of the relevant environment and the effects of globalization, with the threat of new and existing competitors and barriers. It concludes with a forecast of future market and business opportunities arising in the global environment of maritime and naval Industry, in order to propose a possible competitive strategy for the near future, which could help to achieve a competitive position on the shipbuilding and maritime sector in Spain for the coming decades.