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Caracterización de morteros ecoeficientes reforzados con varios tipos de fibras para el refuerzo de estructuras de hormigón

Authors: Arones Villavicencio, Marisol Gabriela;

Caracterización de morteros ecoeficientes reforzados con varios tipos de fibras para el refuerzo de estructuras de hormigón

Abstract

El presente Trabajo de Fin de Máster se centra en la caracterización experimental de sistemas de refuerzo a base de morteros reforzados con textiles (TRM), empleando matrices formuladas con materiales de bajo impacto ambiental, lo que permite considerar configuraciones ecoeficientes como alternativa sostenible y eficaz para la rehabilitación de estructuras de hormigón deterioradas. La investigación se enmarca en la necesidad creciente de reducir el impacto ambiental del sector de la construcción, promoviendo el uso de materiales alternativos con menor huella de carbono y buen desempeño mecánico. Para ello se utilizaron matrices inorgánicas basadas en cemento de sulfoaluminato de calcio (CSA), tanto en su forma pura como con adición de cenizas volantes (FA), evaluando su potencial como sustituto más sostenible frente a cementos Portland. Como refuerzo se emplearon tres tipos de textiles: fibras de basalto y carbono (sintéticas) y de cáñamo (natural), seleccionadas por sus propiedades mecánicas y posibles ventajas ambientales. La investigación incluyó ensayos de tracción y adherencia sobre sistemas TRM, junto con la caracterización previa de las matrices y los textiles. Se utilizaron técnicas de medición convencionales y digitales, destacando la aplicación de Correlación Digital de Imágenes (DIC), que permitió analizar de forma no invasiva las deformaciones, fisuras y deslizamientos. También se compararon distintas configuraciones de matriz y refuerzo para evaluar su influencia en el comportamiento mecánico del sistema. Los resultados permitieron identificar el desempeño de cada configuración textil-mortero, establecer criterios de selección de materiales en función de su eficacia estructural y sostenibilidad, y proponer recomendaciones para futuras aplicaciones de refuerzo en estructuras existentes. En general, este trabajo proporciona una base experimental sólida hacia soluciones constructivas más equilibradas técnica y ambientalmente.

Aquest Treball de Fi de Màster se centra en la caracterització experimental de sistemes de reforç basats en morters reforçats amb tèxtils (TRM), emprant matrius formulades amb materials de baix impacte ambiental, cosa que permet considerar configuracions ecoeficients com a alternativa sostenible i eficaç per a la rehabilitació d'estructures de formigó deteriorades. La recerca s’emmarca en la necessitat creixent de reduir l’impacte ambiental del sector de la construcció, promovent l’ús de materials alternatius amb una petjada de carboni més baixa i bon comportament mecànic. Per això s’utilitzaren matrius inorgàniques basades en ciment de sulfoaluminat de calci (CSA), tant en forma pura com amb l’addició de cendres volants (FA), avaluant el seu potencial com a substitut més sostenible dels ciments Portland. Com a reforç, es van utilitzar tres tipus de tèxtils: fibres de basalt i carboni (sintètiques) i fibres de cànem (naturals), seleccionades per les seves propietats mecàniques i possibles avantatges ambientals. La investigació inclogué assaigs de tracció i adherència sobre sistemes TRM, juntament amb la caracterització prèvia de les matrius i els tèxtils. Es van utilitzar tècniques de mesura convencionals i digitals, destacant l’aplicació de la Correlació Digital d’Imatges (DIC), que permeté analitzar de manera no invasiva les deformacions, fissures i lliscaments. També es van comparar diferents configuracions de matriu i reforç per tal d’avaluar-ne la influència en el comportament mecànic del sistema. Els resultats obtinguts permeteren identificar el comportament de cada configuració tèxtil-morter, establir criteris de selecció de materials en funció de l’eficiència estructural i la sostenibilitat, i proposar recomanacions per a futures aplicacions de reforç en estructures existents. En general, aquest treball proporciona una base experimental sòlida per avançar cap a solucions constructives més equilibrades tècnica i ambientalment.

The present Master's Thesis focuses on the experimental characterization of textile-reinforced mortar (TRM) strengthening systems, using matrices formulated with low environmental impact materials. This approach allows the consideration of eco-efficient configurations as a sustainable and effective alternative for the rehabilitation of deteriorated concrete structures. The research is framed within the growing need to reduce the environmental impact of the construction sector, promoting the use of alternative materials with a lower carbon footprint and good mechanical performance. To this end, inorganic matrices based on calcium sulfoaluminate cement (CSA) were used, both in their pure form and with the addition of fly ash (FA), evaluating their potential as a more sustainable substitute for Portland cements. Three types of textiles were used as reinforcement: basalt and carbon fibers (synthetic) and hemp fibers (natural), selected for their mechanical properties and potential environmental advantages. The research included tensile and bond tests on TRM systems, along with the preliminary characterization of matrices and textiles. Both conventional and digital measurement techniques were used, notably the application of Digital Image Correlation (DIC), which allowed a non-invasive analysis of deformations, cracking, and slippage. Different matrix and reinforcement configurations were also compared to evaluate their influence on the mechanical behavior of the system. The results made it possible to identify the performance of each textile–mortar configuration, establish material selection criteria based on structural efficiency and sustainability, and propose recommendations for future strengthening applications in existing structures. Overall, this work provides a solid experimental foundation for moving towards more technically and environmentally balanced construction solutions.

Country
Spain
Related Organizations
Keywords

Cenizas volantes (FA), Sostenibilidad en la construcción, Comportamiento mecánico del TRM., Construcció sostenible, Desempeño mecánico, Correlación Digital de Imágenes (DIC), Rehabilitación de estructuras de hormigón, Textiles de refuerzo, Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria civil::Materials i estructures, Fibras de basalto, Fibras de carbono, Mortar, Fibras de cáñamo, Cemento de sulfoaluminato de calcio (CSA), Sustainable construction, Morter (Material de construcció), Morteros reforzados con textiles (TRM)

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