Análisis y monitorización de materiales de construcción sostenibles a través de técnicas ópticas de campo completo

Laburpena

La industria de la construcción ha sido considerada históricamente una de las mayores consumidoras de recursos naturales y generadoras de residuos, por lo que existe la necesidad de reducir el impacto ambiental asociado a este sector. Abordar esta cuestión supone un reto integral, desde la fase de fabricación de nuevos materiales de construcción más sostenibles hasta la fase funcional donde sus capacidades se alineen con los conceptos de sostenibilidad y eficiencia energética. En este contexto, la utilización de materiales reciclados y la mejora de sus propiedades mecánicas y térmicas mediante la incorporación de aditivos son aspectos clave para avanzar hacia una construcción más sostenible y energéticamente más eficiente. A pesar de que la ingeniería civil y de materiales disponen de múltiples herramientas y técnicas para el diseño de infraestructuras, generalmente se emplean metodologías asociadas a materiales convencionales. Sin embargo, los nuevos materiales presentan composiciones y comportamientos diversos, lo que provoca que los métodos tradicionales no siempre arrojen buenos resultados. En este sentido, para avanzar en el conocimiento de los nuevos materiales de construcción, es fundamental contar con técnicas de caracterización avanzadas que permitan evaluar y validar sus propiedades de manera precisa y detallada. Con el fin de fomentar la incorporación de nuevos materiales sostenibles en el sector de la construcción y mejorar su competitividad, la presente Tesis Doctoral pone el foco en la integración de nuevas técnicas avanzadas para el análisis y caracterización de nuevos materiales que contribuyan a la construcción sostenible. Para ello, se propone el empleo de dos técnicas ópticas de campo completo basadas en imagen: la correlación digital de imágenes y la termografía infrarroja, para la caracterización mecánica y para la evaluación térmica, respectivamente. Estos avances tienen el potencial de promover prácticas más sostenibles en la industria de la construcción y contribuir al desarrollo de nuevos materiales para alcanzar un futuro más resiliente y eficiente desde el punto de vista energético y medioambiental. Inicialmente, el trabajo se centra en la caracterización mecánica y la mejora de sus propiedades. Para ello, se plantea en primer lugar el empleo de materias primas básicas como la tierra para fabricar elementos como los bloques de tierra comprimida. Estos sistemas constructivos son ampliamente utilizados por su elevada versatilidad y a pesar de su menor rigidez y resistencia, los resultados demuestran que son una solución muy interesante desde el punto de vista de la sostenibilidad. A continuación, en busca de materiales con mayor capacidad mecánica se propone la sustitución de áridos naturales por áridos reciclados en la fabricación de hormigones. La mejora de las propiedades mecánicas de estos materiales de construcción es caracterizada mediante la técnica óptica de correlación digital de imágenes, empleada en su enfoque bidimensional para la evaluación de paneles de tierra comprimida en primer lugar y en su enfoque tridimensional para el análisis de probetas cilíndricas de hormigón reciclado en segundo lugar. En paralelo al desarrollo mecánico, se investiga la mejora térmica de los materiales de construcción. En primera instancia se aborda a través de la incorporación de residuos como aditivos para la modificación de su conductividad térmica. Posteriormente, se busca una mejora desde el punto de vista de la absorción de radiación solar empleando pigmentos inorgánicos como aditivos. Esta optimización térmica es validada utilizando la técnica óptica de termografía infrarroja, empleando un simulador solar para replicar la exposición al sol de los materiales. Finalmente, se propone un estudio integral que combina los avances mecánicos y térmicos en un material multifuncional. Este enfoque aborda el desafío de integrar los avances obtenidos en los estudios anteriores con el objetivo de validar su aplicabilidad en un contexto práctico y aplicado tanto al sector de la ingeniería civil como al sector industrial. Para ello, se propone la fabricación de depósitos acumuladores de calor para el aumento de la temperatura del agua almacenada, que posteriormente pueda ser empleada en procesos industriales donde se requiere agua caliente o a nivel doméstico como agua caliente sanitaria. Los resultados demuestran que el hormigón sostenible, fabricado con áridos reciclados a partir de rechazos de prefabricados de hormigón y con aditivos pigmentados, puede utilizarse con éxito para fabricar elementos con capacidades estructurales y térmicas como son los depósitos de agua acumuladores de calor. Estos resultados representan un avance significativo en la búsqueda de soluciones innovadoras para la construcción sostenible.