Tesis de posgrado

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En esta colección se depositan todas aquellas producciones obligatorias para finalizar las carreras de posgrado de la Facultad de Ingeniería como: Tesis de doctorado, Tesis de maestría, Trabajo de especialización.

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Examinando Tesis de posgrado por Autor "Manzanal, Diego Guillermo"

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    ÍtemAcceso Abierto
    Effect of a biopolymer on the mechanical and microstructural behaviour of oil well cement for CO2 geological storage
    (Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco. Facultad de Ingeniería., 2021) Barría, Juan Cruz; Manzanal, Diego Guillermo; Vázquez, Analía; Pereira, Jean-Michel; Ghabezloo, Siavash
    Storing CO2 in deep underground reservoirs is key to reducing emissions to the at-mosphere and standing against climate change. However, the risk of CO2 leakage from geological reservoirs to other rock formations requires a careful long-term analysis of the system. Essentially, oil well cement used for the operation must withstand the carbonation process that changes its poromechanical behaviour over time, possibly affecting the system’s integrity. The use of nanoadditives for cement, such as bacterial nanocellulose (BNC), has been increasing in recent years. This biopolymer has particular properties, like high mechanical properties and thermal resistance, that can improve cement performance. For this reason, and in light of the problems that carbonation may pose in the long term in the context of geological storage of CO2, studies were carried out under supercritical CO2 conditions analyzing the behaviour of cement with nanocellulose additions. Rheological, mechanical, thermal, and microstructural tests were performed on samples with different percentages (0%, 0.05%, 0.10%, 0.15%, 0.20%) of bacterial nanocellulose (BNC). 11 free fluid and 6 thickening-time tests were performed to characterize the slurry with BNC. The mechanical behaviour of the hardened state was investigated through the dynamical mechanical analysis (DMA) of 20 samples, measurements of 32 elastic ultrasound waves, 84 unconfined compressive strength (UCS) and 24 triaxial experiments (20 isotropic and 4 compressive tests). A total of 64 cylindrical specimens were subjected to supercritical CO2 conditions (20 MPa and 90 °C) for 30 and 120 days with several percentages of nanocel- lulose using two curing methods, one long-term curing at low temperature (36 specimens) and one short-term curing at high temperature (32 specimens). The microstructure and crystalline characterization were studied by means of thermogravimetric analysis (TGA) of 9 samples, mercury intrusion porosimetry (MIP) of 52 samples, water porosity of 60 samples, scanning electron microscopy (SEM) of 6 samples, and X-ray diffraction (XRD) of 10 samples. These results showed that BNC produces an increase in slurry viscosity but retains a greater amount of water which aids in its subsequent hydration. This could be observed in its microstructure, where a higher degree of hydration, and a decrease in porosity were observed. This increase in hydration was likely the reason why cements with nanocellulose had a uniaxial compressive strength up to 20% higher than neat cement. It was also observed that higher BNC contents improve the thermo-mechanical behaviour under oscillating bending stress. After carbonation, the microstructure shows that the capillary porosity decreases steadily to values of 5%, which reduces the penetration of carbonic acid into the sample. All cements showed a reduction in mechanical strength, but cements with BNC had a lower degree of ii carbonation and better mechanical behaviour, because of the lower capillary porosity prior to carbonation. However, these effects were not observed when the cement was subjected to a curing process under unfavorable conditions at high temperatures. In this case, the large increase in porosity dulls the short-term hydration effects, and the strength of cements with nanocel-lulose is lower than neat cement prior to the carbonation process. After carbonation, a relative increase in the strength of the specimens with BNC is higher, however, it is still below the strength of neat cement. These experimental studies were simulated using a coupled chemo-hydro-mechanical model. The model simulates the carbonation front advance in cement subjected to super- critical CO2 and the changes generated by the chemical reactions using the classic balance equations of porous continua based on conservation of mass and momentum. Simultaneous dissolution of portlandite and C-S-H, dissolution of calcite, and a damage model were added to the existing code. The carbonation progress of the specimens was represented and extrapolation was made to an oil well based on the parameters obtained from the experiments and simulations.
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    ÍtemAcceso Abierto
    Empleo de un lignosulfonato de calcio como estabilizante en un suelo expansivo local
    (Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco. Facultad de Ingeniería., 2021) Orlandi, Sandra Graciela; Manzanal, Diego Guillermo
    En la ciudad patagónica Comodoro Rivadavia, Argentina, tres estratos cercanos entre sí pertenecientes a las formaciones Sarmiento y Chenque, han sido clasificados como de potencial de expansión alto a muy alto. En diferentes sectores y dependiendo de la topografía, estos estratos forman parte del suelo de cimentación de diferentes obras civiles. Estas obras civiles cimentadas o cercanas a estos estratos presentan patologías de difícil y costosa remediación. Para evitar que se produzcan estas patologías es necesario identificar la presencia de estos suelos en la etapa de exploración geotécnica, para luego diseñar un sistema de cimentación adecuado, reemplazar el suelo de cimentación o tratarlo. El tratamiento de un suelo de características expansivas implica la intervención con un agente que modifique sus propiedades expansivas, relacionadas directamente con el potencial de expansión y la presión de hinchamiento. Estos dos parámetros ofrecen un recurso rápido para evaluar la peligrosidad de los suelos y definir el posible grupo de soluciones función del tipo de obra civil. Los agentes estabilizantes más empleados y de los cuales se cuenta con más información son la cal y el cemento. Ambos aditivos generan un importante impacto sobre el medioambiente tanto por su huella de carbono como por su efecto sobre la vegetación y los seres vivos. Esto ha dirigido a los investigadores en la búsqueda de bioaditivos residuos de industrias y con menor impacto sobre el medioambiente. Dentro de la búsqueda, las ligninas y los lignosulfonatos, ambos residuos orgánicos productos de la industria de la pasta de papel, papeleras y derivados de ellas, surgieron como posibles reemplazos. Para validar el empleo de un lignosulfonato de calcio mezclado con un suelo expansivo seleccionado local es necesario caracterizar el suelo y el bioaditivo, así como evaluar los cambios en el comportamiento mecánico, hidráulico y microestructural de mezclas suelo-aditivo. Dentro del estudio fueron incorporadas dos variables, el porcentaje de aditivo y la edad de las muestras, junto con el análisis toxicológico de los lixiviados. La caracterización del suelo y el bioaditivo acompañada de los estudios microestructurales permitirán entender la mecánica desarrollada en la estabilización de las mezclas. En este grupo se encuentran ensayos que permiten determinar el pH, contenido de 2 sales, granulometría, composición mineralógica, capacidad de intercambio catiónico, potencial zeta, difracción por rayos X, superficie específica, contenido de materia orgánica. El comportamiento mecánico será evaluado por medio de ensayos de expansión libre, compresión simple, determinación de la presión de hinchamiento por diferentes métodos directos e indirectos (edómetro, edómetro siguiendo procedimiento ASTM, hinchamiento restringido, volumen constante con registro de presiones empleando celda de carga y aro dinamométrico), ensayo triaxial consolidado no drenado. Los ensayos de compresión simple son realizados para seis edades diferentes de las mezclas, logrando de este modo un análisis completo de la evolución de la resistencia tanto en función del porcentaje de aditivo como del tiempo. El comportamiento hidráulico de las mezclas evaluado por medio de ensayos de permeabilidad, curvas de retención (técnica de papel de filtro y WP4), porosimetrías (BET y MIP) muestran los cambios producidos en el tamaño de poros, superficie específica, volumen de poros, distribución bimodal de la porosidad. Finalmente en cuanto la microestructura estudiada mediante la realización de ensayos de difracción por rayos X y microscopía de barrido electrónico, se valida la información obtenida por medio de la evaluación del comportamiento mecánico e hidráulico. La evaluación del impacto medioambiental permite considerar un factor sumamente importante no considerado por otros investigadores. Con este fin, dos tipos de muestras fueron evaluadas: aditivo disuelto en agua destilada preparado en diferentes proporciones y muestras de lixiviados obtenidos de los ensayos triaxiales preparadas en diferentes proporciones diluidas en agua destilada. Con toda esta información compilada se demostrará la eficacia de la adición de 10% de lignosulfonato de calcio, su eficiencia en función del porcentaje de aditivo empleado, la perdurabilidad de las propiedades en el período de un año, los mecanismos de estabilización movilizados y su impacto sobre el medioambiente.