Nuevas Técnicas de Medida Aplicadas a la Edificación

En la actualidad existe una gran variedad de métodos y equipos de medida que permiten determinar parámetros físicos y químicos de los materiales más empleados en ingeniería. La utilización de sensores de bajo coste se ha convertido así en una alternativa a las tradicionales técnicas de medida, esto ha permitido la modernización del sector de la edificación, posibilitando la monitorización de distintos fenómenos físicos y el estudio de su evolución en tiempo real. Por este motivo, en el presente trabajo de investigación se ha apostado por la adaptación y diseño de diferentes sistemas de medida, para analizar algunas de las propiedades más relevantes que se presentan en los materiales de construcción. Cabe destacar que todos los sensores y equipos de medida presentados en este trabajo son de diseño propio y han permitido adaptar la toma de datos y análisis de información a las necesidades que las diferentes investigaciones planteadas requirieron en su momento. En primer lugar, se han desarrollado distintos equipos para monitorizar la evolución del proceso de fraguado de diferentes materiales conglomerantes de construcción. Es sabido que la relación agua/conglomerante es un factor determinante que condiciona las propiedades físico-mecánicas y posibilidades de aplicación de los materiales de construcción, ya que de ella depende la adecuada hidratación del conglomerante para que la masa final alcance las resistencias deseadas y se obtenga una adecuada trabajabilidad del material para su posterior manipulación. Para llevar a cabo la mediciones de los tiempos de fraguado en las distintas investigaciones planteadas, se han diseñado sistemas de bajo coste basados en sensores resistivos y capacitivos, capaces de cuantificar de manera fidedigna y a tiempo real, la perdida de agua de amasado que se produce en los materiales de construcción mediante la hidratación del conglomerante y la propia evaporación de agua desde su amasado en estado fresco. Otra de las propiedades íntimamente relacionadas con el proceso de fraguado de los materiales conglomerantes de construcción es la evolución del Módulo de Young Dinámico. La determinación de este parámetro físico es de vital importancia para conocer la posterior aplicación de materiales como los morteros de albañilería, ya que está íntimamente relacionada con la capacidad de deformación que presentan estos materiales y su oposición a fisurarse en su superficie al someterse a esfuerzos de flexión. Este módulo de Young dinámico ha sido determinado provocando pequeñas perturbaciones mecánicas sobre probetas de mortero de cemento y recogiendo los valores de estos impactos con ayuda de un acelerómetro conectado a la plataforma de Arduino. Los resultados obtenidos por este método se han correlacionado a su vez con otras técnicas de medida comúnmente empleadas como la velocidad de propagación por ultrasonido y los métodos gravimétricos. Además, se ha podido relacionar la evolución de este módulo de Young dinámico con la evolución de las propiedades mecánicas de los morteros, abriéndose así un importante campo de investigación que permita determinar mediante técnicas de medida indirectas las propiedades más relevantes de los materiales de construcción. Finalmente, se ha apostado por la aplicación de estos nuevos equipos de medida para su aplicación en obras de rehabilitación. De maneara concreta se han estudiado las patologías presentadas en los morteros de albañilería derivadas de la absorción de agua por capilaridad. Para ello, se han desarrollado dos tipologías distintas de sensores de diseño propio, uno capacitivo y otro resistivo. Los equipos de medida han sido probados en probetas de mortero elaboradas con tres tipologías de áridos: natural, reciclado cerámico y reciclado de hormigón. Los resultados obtenidos mediante el sensor capacitivo muestran como existe una buena correlación entre la masa de agua absorbida por los morteros y la variación en la capacitancia. Por otro lado, con ayuda del sensor resistivo se ha podido monitorizar a tiempo real el ascenso de agua por capilaridad en el interior de las probetas, determinando cómo evoluciona el porcentaje de humedad medido en distintas alturas de las muestras. De esta manera, se ha comprobado como mediante sensores de bajo coste se puede analizar de forma fidedigna la humedad existente en morteros de construcción. Es importante señalar que a lo largo de esta investigación se ha apostado por la utilización de materiales reciclados, procedentes de distintas tipologías de Residuos de Construcción y Demolición (RCD), tratando de reincorporar estos desechos como materias primas dentro del proceso productivo de los materiales de construcción en línea con los objetivos del European Green Deal. Sin duda alguna, la utilización de las técnicas de medida propuestas en esta investigación tiene un amplio margen de aplicación para la edificación, mostrando las posibilidades que ofrecen los sensores de bajo coste de plataformas como Arduino y el empleo de software libre como Python para el tratamiento y análisis de los resultados. Se pretende, por tanto, servir como punto de partida para futuros investigadores interesados en la aplicación de las nuevas técnicas de medida a la edificación y dotar a los profesionales del sector, de nuevas herramientas para su utilización en obras de construcción. ----------ABSTRACT---------- Currently, is a wide variety of measurement methods and equipment that allow the determination of physical and chemical parameters of the materials most used in engineering. The use of low-cost sensors has thus become an alternative to traditional measurement techniques; this has allowed the modernization of the building sector, making it possible to monitor different physical phenomena and study their evolution in real-time. For this reason, in this research work, we have opted for the adaptation and design of other measurement systems to analyze some of the most relevant properties in construction materials. It should note that all the sensors and measurement equipment presented in this work are of our design and have allowed us to adapt data collection and information analysis to the needs that the different investigations proposed required. In the first place, developed different equipment to monitor the evolution of the setting process of other conglomerate construction materials. The water/conglomerate ratio is the factor that determines the physical-mechanical properties and possibilities of the application of construction materials. Since the conglomerate's adequate hydration depends on it, the final mass reaches the desired resistance and obtains good material workability for subsequent handling. Therefore, to carry out the measurements of the setting time in the different investigations proposed, low-cost systems have been designed based on resistive and capacitive sensors. They are capable of quantifying reliably and in real-time the loss of mixing water that occurs in construction materials through the hydration of the conglomerate and the evaporation of water from its mixing in the fresh state. Another property closely related to the setting process of conglomerate construction materials is the evolution of the Dynamic Young's Modulus. The determination of this physical parameter is vital to know the subsequent application of materials such as masonry mortars since it is closely related to the deformation capacity that these materials present and their opposition to cracking on their surface when subjected to flexion stresses. This dynamic Young's modulus has been determined by causing minor mechanical disturbances on cement mortar samples and collecting the values of these impacts with the help of an accelerometer connected to the Arduino platform. The results obtained by this method have been correlated with other commonly used measurement techniques, such as the speed of propagation by ultrasound and gravimetric methods. In addition, it has been possible to relate the evolution of this dynamic Young's modulus to the development of the mechanical properties of mortars, thus opening up an important field of research that allows determining the most relevant properties of construction materials by indirect measurement techniques. Finally, it has opted for applying this new measurement equipment for its application in rehabilitation works. Concretely, the studies of the pathologies presented in masonry mortars are derived from water absorption by capillarity is an integral part of this research. For this reason, the development of two different types of self-designed sensors, one capacitive and the other resistive. The test of the measuring equipment was on mortar samples made with three aggregates: natural, recycled ceramic, and recycled concrete. The results obtained using the capacitive sensor show a good correlation between the mass of water absorbed by the mortars and the variation in capacitance. On the other hand, with the help of the resistive sensor, it has been possible to monitor the rise of water by capillarity inside the samples, determining how the percentage of moisture measured at different heights of the samples evolves. In this way, it is possible to verify how, using low-cost sensors, the existing humidity in construction mortars can be reliably analyzed. During this research, it is essential to point out that we have opted for recycled materials, using different types of Construction and Demolition Waste (CDW). Incorporating these wastes as raw materials within the production process of building construction materials is in line with the objectives of the European Green Deal. Undoubtedly, the use of the measurement techniques proposed in this research has a wide range of construction applications, showing the possibilities offered by low-cost sensors from platforms such as Arduino and the use of free software such as Python for the treatment and analysis of the results. Therefore, it intends to serve as a starting point for future researchers interested in applying new measurement techniques to construction and provide professionals in the sector with new tools for use in construction works