But, in Spain, temperatures higher than 40º C are very common during summer season, included road subjected to winter maintenance. In this roads, NaCl can remain on asphalt pavements during summer and the combined action of NaCl and high temperatures can damage these pavements. For this reason, the evaluation of the effect of NaCl and summer conditions (high temperatures) was added as a goal of this thesis. To study the quality and durability of stone aggregates subjected to NaCl and extreme conditions, several standard tests and techniques have been applied to characterize petrographical, petrophysical and mechanically the stone aggregates. However, to better understand the mechanisms of these stone aggregates degradation, the three production stages of the stone material which compounds the aggregates have been studied (i) initial product: natural stone, (ii) intermediate product: aggregate and (iii) final product: asphalt mixture. The stone material during the aggregate and asphalt mixture production suffer a mechanical deterioration which can influence the behaviour and durability of both, aggregates and asphalt mixtures. In addition to the study of the quality and durability of the materials subjected to NaCl and extreme conditions, it is important to make a good classification of stone materials in the quarry. Commonly, commercial classification of stone materials does not the same of their geological classification. This difference can produce some confusions about properties of exploited materials. For this reason, a study of the quarry faces and a primary analysis of its quality and durability by petrographical and petrophysical techniques have been added. In order to organize the different stages of the work developed in this thesis, the results and conclusions have been grouped in two different sections, (i) optimizing the quality the stone aggregate of the quarry through a petrographical and petrophysical characterization of the quarry face; (ii) analysing the effect of NaCl, water and extreme temperatures in the aggregates of surface courses. Novel techniques of material characterization have been applied during this work. Thus, another section was included (iii) evaluating the novel techniques applied for testing the quality and durability of the studied materials.

[ES] El uso del NaCl (sal común) en forma de salmuera está muy extendido durante el mantenimiento invernal de las carreteras españolas, pero este compuesto incide de forma negativa tanto en el medio ambiente como en las propias carreteras. Por este motivo, es necesario realizar un estudio detallado del efecto que tiene la sal cuando es esparcida sobre las carreteras en invierno. Además, esta sal puede permanecer en las superficies de las carreteras durante el verano, donde se pueden alcanzar temperaturas muy superiores a los 40º C. Por este motivo, es necesario considerar también estas condiciones en la evaluación de la durabilidad de una carretera. Por estos motivos, en esta tesis se ha estudiado la capa más superficial de una carretera y, por tanto, más expuesta a los efectos de la sal y agentes meteóricos (capa de rodadura). Estas capas están constituidas por mezclas asfálticas, cuyo mayor componente son los áridos de origen pétreo. Estos materiales son los principales responsables de la calidad y durabilidad de estas mezclas bituminosas por lo que es necesario analizar cómo se comportan bajo el efecto de la sal y en condiciones climatológicas adversas (invierno-verano). Los materiales estudiados fueron esquistos y anfibolitas explotadas en una cantera gallega, próxima a Santiago de Compostela. Esta cantera ha suministrado áridos y mezclas bituminosas a numerosas carreteras y autovías de la región, ya que dispone de su propia planta asfáltica. Antes de evaluar la calidad y durabilidad de los áridos explotados cantera, se realizó un primer análisis de los materiales presentes en los frentes de extracción mediante técnicas petrográficas y petrofísicas. Durante este primer análisis se localizaron tres litologías principales en los frentes de extracción, esquistos con distena, paragneises y anfibolitas. Los esquistos con distena y paragneis debido a su estructura interna foliada y mayor porosidad fueron los materiales menos resistentes y, por tanto, de menor calidad. Especialmente los esquistos con distena, que presentaban el mayor contenido en micas, tamaño de grano y porosidad.

[EN] The current economic crisis in Spain has reduced the investment in road maintenance and exploitation. Therefore, Spanish roads are in a poor state of conservation, especially the surface courses, which are more exposed to the effects of the traffic and environmental agents. For this reason, it is important to study the causes of the surface courses deterioration and stablish preventive actions. Most of the Spanish surface courses are composed by asphalt mixtures. The main component of these asphalt mixtures are stone aggregates which are responsible of their resistance and durability. However, not many works take this factor into account. Thus, this work will be focused to evaluate the quality and durability of stone aggregates used in roads. With this purpose, the materials selected were two types of metamorphic crushed stone aggregates, schist and amphibolite, used in roads of Galicia (NW Spain). These materials are exploited in Touro Quarry, located near to Santiago de Compostela, A Coruña. This quarry provides these aggregates and asphalt mixtures to several roads and highways of the region, especially to roads of mountain areas. In these mountain areas, cold temperatures and periods of snow precipitations cause the ice formation onto road surfaces which compromise the traffic safety. Thus, winter maintenance activities are common in these areas. NaCl is the most common deicer used in Spain during winter maintenance of roads. However, this product causes several damages in the environment close to the roads and contribute to the deterioration and deformation of pavements and road side structures. This pavement deterioration has been long studied, but most part of the works have focused their efforts to evaluate the effect of NaCl on asphalt binder or the asphalt mixture. The effect of the NaCl on the stone aggregates used in asphalt pavements have been poorly studied. For this reason, one of the goals of this thesis will be the study of the effect of NaCl and winter conditions (cold temperatures) in aggregates used on roads.

La evaluación del efecto del NaCl y la climatología extrema se realizó en los tres estadios de producción del árido, estadio inicial (piedra natural), estadio intermedio (árido) yestadio final (mezcla bituminosa). De este modo se observó cómo el proceso de fabricación del árido y la mezcla bituminosa produjeron el deterioro físico del material pétreo. Dicho deterioro fue más intenso cuanto mayor fue el grado de procesado del material y afectó en mayor grado al esquisto con distena y paragneis al ser menos resistentes que la anfibolita, más masiva. Los efectos del NaCl y la climatología extremas también deterioraron físicamente al árido, debido a los cambios de volumen de la salmuera utilizada durante los ensayos, que generan tensiones internas en los poros del material pétreo debilitándolo y fracturándolo. Dichos cambios de volumen se producen, bien por la congelación y descongelación de la salmuera en el interior del material pétreo (condiciones invernales), bien por la precipitación de la sal por la evaporación de agua (condiciones estivales). Igualmente, fueron los esquistos con distena y paragneises los materiales más afectados por ambos procesos, debido a su estructura interna y mayor porosidad de partida. Finalmente, fue el efecto combinado del NaCl, el agua y las altas temperaturas (condiciones estivales), el que más deterioró a los materiales analizados. Este proceso no está considerado actualmente en ningún tipo de normativa o ensayo por lo que se recomienda tomar medidas al respecto.

Tesis llevada a cabo para conseguir el grado de Doctor por la Universidad Complutense de Madrid.--2016-01-28.--Sobresaliente Cum Laude

Peer reviewed