En la presente tesis doctoral se ha estudiado y caracterizado la obtención de capas de nitruro en titanio y Ti6Al4V mediante tratamiento termoquímico de nitruración para la mejora de la dureza superficial y de la resistencia al desgaste del titanio y del Ti6Al4V.Tras un estudio estadístico de los parámetros ópticos y el efecto del tratamiento en los mecanismos de desgaste, se realizó un estudio químico y microestructural, así como de la cinética de nitruración, mediante diferentes técnicas, como rugosimetría, microscopia, difracción de electrones, de rayos X y espectroscopia Auger. El estudio de las propiedades mecánicas se realizó mediante ensayos mecánicos de tracción y de fatiga oligocíclica. Se procedió posteriormente a la caracterización electroquímica mediante técnicas de análisis electroquímico. Por último, se procedió a un estudio de la biocompatibilidad del tratamiento de nitruración.Las conclusiones obtenidas son que el tratamiento termoquímico de nitruración del titanio y de la aleación Ti6Al4V produce una capa lisa y homogénea en las muestras tratadas de titanio y de la aleación Ti6Al4V, con incrementos de la dureza superficial de hasta un 500% respecto al material no tratado, y con obtención de reducciones del coeficiente de desgaste de más de un orden de magnitud en las condiciones ensayadas.La capa de nitruros formada tiene un espesor de 1-2 ?m, formada por pequeños granos de nitruros con diámetros del orden de los 50-100 nm. El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti2N). Las muestras nitruradas estudiadas exhiben un buen comportamiento electroquímico, con elevadas resistencias de transferencia de carga. A partir de los resultados obtenidos en los ensayos realizados el Ti6Al4V nitrurado no se apreciaron señales de toxicidad. / In this thesis it has been studied and characterised the obtention of titanium and Ti6Al4V nitride layers by means of thermo-chemical nitriding processing for the improvement of the surface hardness and wear resistance. After statistical study of the optical parameters and the effect of nitriding in the wear mechanisms, chemical and microstructural characterisations were made, as well as the study of nitriding kinetics by means of different techniques, like profilometry, optical and electron microscopy, X-ray and electron diffraction techniques and Auger spectroscopy. The study of the mechanical properties was made by means of static and fatigue mechanical tests. Electrochemical characterisation was made by means of electrochemical analyses techniques. Finally, the biocompatibility of Ti6Al4V nitrided samples was studied. It was concluded that thermo-chemical nitriding of titanium and Ti6Al4V alloy produces a smooth and homogenous layer in the treated samples, with increments of surface hardness up to 500% compared to non-treated material. Reductions of the wear coefficient of an order of magnitude were also achieved in test conditions. The obtained nitride layer has a thickness of 1-2 micrometer, and it is formed by small nitride grains with diameters of the order of 50-100 nm. The main component of the layer is titanium nitride (Ti2N). The studied nitrided samples exhibit excellent electrochemical behaviour, with a high resistance to electric load transference. The results obtained in the toxicity tests did not show signals of toxicity of the nitrided Ti6Al4V.

Este trabajo se ubica en una perspectiva marcada por dos fuentes de inspiración y exigencia, que se complementan mutuamente: La primera está relacionada con el campo tecnológico y la segunda viene del ambiente científico. Por un lado, es sabido que los productos plásticos y compuestos de matriz polimérica se usan cada vez más en ingeniería y, como la mayoría de los materiales utilizados en este ámbito, muchos están sometidos a cargas dinámicas; de tal manera que en este momento resulte tan necesario el estudio de sus propiedades como el desarrollo de métodos de ensayo fiables para poder caracterizarlos bajo diferentes condiciones de aplicación de carga, siendo de especial interés conocer la respuesta de los mismos a altas velocidades de solicitación. Por otro lado, desde la óptica de la ciencia de los materiales, la relación entre la estructura y el comportamiento de fractura de los polímeros es una de sus más importantes ramas, en la que los ensayos de impacto juegan un rol principal. Cada vez más un conocimiento cuantitativo del comportamiento a impacto, en términos de la ciencia de los materiales, requiere de un conjunto de técnicas adicionales para suplir -teórica y experimentalmente- los métodos de ensayo de impacto básicos especificados por las entidades de normalización. En este sentido, el objetivo central de la presente Tesis es el diseño y puesta a punto de técnicas de ensayo para el estudio de la fractura de los materiales poliméricos, a altas velocidades de solicitación y en el dominio de baja energía.Como resultado y según la orientación del objetivo de la Tesis, se proponen dos metodologías de ensayo de impacto de baja energía: flexión por impacto de baja energía e indentación por impacto. Asimismo, cada metodología incluye el diseño de un "modelo" que permite una aproximación al fenómeno de impacto de baja energía en las geometrías de flexión e indentación respectivamente.Se ha verificado la validez de los mencionados modelos en el estudio del comportamiento mecánico del polimetilmetacrilato, poliestireno y compuestos de poliestireno y microesferas de vidrio. Las técnicas de impacto de baja energía aplicadas según las metodologías de ensayo propuestas fueron apropiadas y permitieron evaluar la respuesta de estos materiales en el campo elástico, determinar sus características elásticas a elevadas velocidades, así como estimar el inicio del daño en los mismos. Los resultados de estos ensayos, tanto el módulo elástico como las tensiones a las cuales comienzan los fenómenos de emblanquecimiento, crazing y rotura, fueron interpretados según los modelos propuestos. Finalmente, por extensión, las metodologías y modelos propuestos son válidos y apropiados para el estudio de los plásticos, cuando menos similares a los estudiados.Este trabajo se ha estructurado en concordancia con la metodología utilizada en la investigación correspondiente. Así, en el primer capítulo se ha hecho una revisión sobre los temas afines a la tesis, desde sus aspectos conceptuales hasta los más avanzados; para examinar la evolución y el estado actual del tema en cuestión y precisar los conocimientos que sirvan de base a esta investigación. En el segundo capítulo se describen las características generales y particulares de los materiales sometidos a estudio experimental. En el tercer capítulo se exponen los métodos de ensayo utilizados y las herramientas experimentales necesarias para su realización. Finalmente, antes de exponer las conclusiones, fue de rigor abordar un cuarto capítulo referido a la flexión por impacto de baja energía y otro quinto capítulo similar que versa sobre la indentación por impacto, para la presentación, interpretación y análisis de resultados, así como la correspondiente discusión. / This work is situated in a perspective highlighted by two inputs of inspiration and exigency, that complement each other: the first input is related with the technology field, and the second comes from a scientific field. On one hand, it is known that plastic products and composites of polymeric matrix are used increasingly in the engineering industry, and as many of the materials used in this field, they are usually exposed to dynamic charges. Therefore, it is necessary the study of their properties like the development of methods and tests to be able to characterize them under different conditions of charge applications, being of special interest to know the results at high speeds. On the other hand, from the material science point of view, the relation between the structure and the behavior of fracture of the polymers is one of the most important subjects, in which the impact tests play a fundamental role. The knowledge of fracture behavior, in terms of science of the materials, requires a group of additional techniques in order to supply (theoretically and experimentally) the basic impact test methods specified by the normalization entities. In this sense, the principal objective of this thesis is the design and development of test techniques for the study of the fracture of polymers at high speeds of solicitation and in the domain of low energy.As a result and based in the objective of this thesis, it is proposed two methods of test for impact of low energy: flexion by impact of low energy and indentation by impact. In the same way, every methodology includes the design of a "model" that allows an approximation for the phenomenon of impact of low energy in the geometric of flexion and indentation, respectively. The validity of the models mentioned above in the study of the mechanic behavior of the polymethylmetacrilate, polystyrene and polystyrene filled with different percentages of glass beads has been verified. The techniques for impact of low energy applied according to the methodology of proposed test were appropriate and allowed to evaluate the response of these materials in the elastic field, to determine its elastic characteristics at high speeds, and to estimate the initial damage of components. The results of these tests, likewise the elastic module and the tensions at which begin the whitening phenomena, crazing and rupture, where interpreted according to the proposed models. Finally, per extension, the methodology and proposed methods are valid and appropriate for the study of plastics, at least similar to the ones studied. This work has been structured in accordance with the methodology utilized in the correspondent investigation. Thus, in the first chapter, a revision of the subjects corresponding to the thesis were made, from its conceptual aspects to the more advanced, in order to examine the evolution and estate of the actual subject in question and precise the knowledge that can be use as a base for this investigation. In the second chapter, the general and particular characteristics of the materials submitted to the experimental studies are described. In the third chapter the methods of test utilized and the necessary experimental tools for its realization are exposed. Finally, before the conclusions are presented, it was consistent to add a fourth chapter that refers to the flexion by impact, and another fifth chapter similar that contains the indentation by impact for the presentation, interpretation and analysis of results, and the related discussion.

El objeto de la presente Tesis es el de establecer y dar una "Nueva Metodología para Construir con Tierra Estabilizada, con resistencias y durabilidad óptimas, para permitir el Desarrollo de una Arquitectura Sostenible en el Siglo XXI". En ésta se analizan los antecedentes históricos, en los que se tiene en cuenta su aportación técnica para hacer su correspondiente discusión y análisis crítico. Finalmente se dan las conclusiones a que llega, de las que destaca la Sistematización e Industrialización del BTC como opción preferente (Bloque de Tierra Estabilizada y Comprimida). La consecución del Método se basa en el análisis y desarrollo experimental de tres grupos diferenciados de tierras y arcillas : El Grupo I, constituído por arcillas puras; el Grupo II por tierras de utilización actual en obras de tierra; y el Grupo III de tierras usadas tradicionalmente .Cómo resultados analíticos destacables cabe citar que al aplicar el cemento como estabilizante, se obtiene una máxima efectividad en orden descendente en Caolinitas, en Cloritas, Montmorillonitas e Illitas, y con Cemento natural : Caolinitas, Montmorillonitas y Cloritas.Las adiciones activas y los aditivos como la sosa son muy eficaces en Montmorillonitas e illitas.Las estructuras más durables en orden descendente las forman las arcillas puras estabilizadas con cemento portland: Cloritas, Halloisitas, Caolinitas, e Illitas. Tras éstas estarían excepcionalmente las Halloisitas y las Cloritas estabilizadas con cemento natural y yeso. De todo el extenso proceso experimental se deduce el siguiente método de análisis físico-químico integral , que minimiza los ensayos y posibilite su control por técnicos de la construcción: 11.1. Análisis ArquitectónicoDescripción de la Arquitectura local, medios disponibles, y entorno natural.. ACV resultante.11.2. Caracterización de las arcillas básicas presentes en la fracción sedimentométrica.Consulta del Mapa Geológico e Identificación visual y organolépticas de la Tierra11.2.3. Procedimiento de obtención de las microprobetas11.2.3.2. Determinación y evaluación de la Curva Granulometría11.2.3.3. Proceso de dosificación del estabilizante11.3. Determinación del contenido de Arcillas por ATD/ATG TERMOGRAVIMETRIA11.4. Análisis físicos11.4.1.1. Evaluación de la Estabilidad volumétrica mediante el Ensayo de Retracción11.4.2. Obtención de las densidades de las microprobetas11.4.4. Determinación de los límites de Atterberg.11.4.5. Resistencia a Compresión Simple.11.4.6. Ensayos de Durabilidad. AbsorciónDá información acerca de la obtención de una estructura con menor número de poros y de menor tamaño, directamente relacionado con la resistencia. Ensayo cíclico de Humectación-Helacidad-SecadoPerdida de peso durante 6 ciclos de helacidad, humectación, secado y ataque agresivo11.4.7. Coeficiente de transmisión térmica i acústica11.5. Análisis químico de las microprobetas.Para la evaluación cuantitativa de estas substancias activas es necesario recurrir a su determinación por análisis químico de las fracciones que son solubles en medio acuoso.11.5.1. Determinación de la Sílice soluble.El incremento de silice soluble posibilita la formación de fases resistentes SCH, lo cual se relaciona con el incremento de resistencia11.5.2. Determinación de los Óxidos Trivalentes11.5.2.1. Correlación con la resistencia11.5.3. M.e.q Capacidad de cambio catiónico11.5.4. Determinación de los Sulfatos.11.6. Gráfico Ternario de optimización de la estabilización.Finalmente se afirma que hoy en día es factible tener un material de calidad y estandarizable ejecutado con tierra. Para ello es indispensable seguir el método expuesto para garantizar unas resistencias mínimas, una durabilidad ante el ataque del agua y sales predominantemente, y un control de las prestaciones arquitectónicas obtenidas.

El contenido de la tesis que se presenta se ha organizado de la manera siguiente:A lo largo del capítulo 2 se describen los aspectos generales del estado del arte del análisis de sensibilidad, centrándose en las principales metodologías existentes y en el cálculo elástico. Asimismo, se exponen un conjunto de reflexiones acerca de la bondad del análisis de sensibilidad. En el capítulo 3 se explican los distintos acercamientos, en términos generales, que existen en la bibliografía sobre el cálculo de sensibilidades para modelos no lineales del material.El capítulo 4 contiene las aportaciones de otros autores al desarrollo de formulaciones para estudiar la sensibilidad de la respuesta elastoplástica. Después de unas reflexiones críticas, se aborda una nueva formulación de sensibilidad de formas en cálculo elastoplástico con la notación usual en el contexto del análisis por elementos finitos en la ingeniería. A continuación, se prueba dicha formulación en un conjunto de ejemplos y se descubren algunas problemáticas que conlleva el análisis no lineal a solicitación constante.En el capítulo 5 se desarrolla la formulación para el análisis de sensibilidad de formas en un modelo de daño incorporando la herramienta de cálculo de la longitud de arco, basada en el control de desplazamientos. Se realizan una serie de reflexiones sobre las posibilidades de extrapolación de cargas últimas y se prueban los algoritmos propuestos en un conjunto de ejemplos de diversa índole.Después de un breve estado del arte sobre el diseño en ingeniería, se aborda en el capítulo 6 el problema del concepto de diseño asistido. Se realiza una propuesta conceptual para enlazar las posibilidades cuantitativas de un análisis de sensibilidad con la inteligencia artificial de los sistemas expertos. La intención es producir una nueva serie tecnológica de instrumentos de apoyo al diseño que mejoren las prestaciones de los existentes a tres niveles: análisis crítico de resultados, potenciación de la creatividad y aprendizaje heurístico.Finalmente, en el capítulo 7 se describe la evolución de la programación y su relación con los elementos finitos. Se hace hincapié en los códigos orientados a objeto y se describen las aplicaciones prácticas de desarrollo que se han llevado a cabo en esta tesis.El capítulo 8 y último contiene las conclusiones del trabajo desarrollado y las nuevas líneas de investigación que se proponen.

Se revisan los antecedentes y el estado del arte en la conformación de aleaciones de aluminio en estado semisólido. Se describen los diferentes procesos, sus ventajas e inconvenientes y su interés industrial de acuerdo con la información disponible. Se plantean los aspectos teóricos de la conformación en estado semisólido relacionados con: las propiedades tixotrópicas y reológicas de los materiales; los mecanismos de formación de lodos; la estructura de los lingotes; y los efectos del recalentamiento y de los tratamientos térmicos.Mediante técnicas de Thixocasting se han fabricado, con aleaciones A357 y A356, diferentes piezas: lingote, semicomponente y componentes para automóvil y motocicleta. En estos materiales se estudia el efecto de los tratamientos térmicos en la microestructura, en las propiedades mecánicas y en los mecanismos de fractura.La experimentación realizada permite determinar el efecto de la temperatura en: la velocidad y mecanismo de crecimiento del silicio; la evolución de la fase  y los compuestos intermetálicos; y en la distribución más o menos heterogénea del magnesio. Así mismo, la producción de semicomponentes en diferentes condiciones, mediante un exhaustivo control de las condiciones de fabricación, ha permitido optimizar los parámetros de producción mediante procedimientos estadísticos.Se estudian los mecanismos de corrosión en soluciones salinas en los diferentes materiales, mediante ensayos en cámara de niebla salina, medidas de impedancia y técnicas de polarización.Finalmente se realiza un estudio comparativo de los resultados obtenidos con componentes fabricados por Thixocasting, por otros procesos de conformación en estado semisólido (New Rheocasting y Sub Liquidus Casting) y por los métodos convencionales, poniendo de manifiesto las ventajas e inconvenientes de las nuevas tecnologías.

En aquest treball, es presenta l'estudi de les propietats de fractura de films de polipropilè (PP) i copolímers etilè-propilè en blocs (EPBC) per mitjà de la tècnica del Treball Essencial de Fractura (EWF). Aquesta tècnica es mostra com una alternativa molt adapatada per a l'aplicació de la Mecànica de la Fractura a films dúctils, i permet separar l'energia total de fractura en un terme essencial, que fa referència al treball real de fractura, i un terme no essencial, relatiu a la dissipació d'energia de deformació plàstica al voltant del camí de fractura.En una primera part, s'estudien les condicions òptimes d'assaig de la técnica EWF per aplicar-la a films de polímers dúctils, analitzant la influència de variables d'assaig com són les dimensions de la proveta, la velocitat d'assaig o el mode de fractura.En una segona part, s'ha estudiat la relació entre els paràmetres de fractura obtinguts mitjançant la tècnica EWF i diferents propietats referents a l'estructura del material. Entre aquestes, s'ha analitzat la influència de les característiques cristal·lines, modificades per un procés de recuit previ als assajos, i del contingut d'etilè a diferents temperatures d'assaig. S'han aplicat nombroses tècniques de caracterització tant mecàniques i de fractura com físico-químiques.Els resultats mostren que el mètode EWF s'adapta bé a la necessitat de caracteritzar la fractura de films polimèrics, i permet estudiar la relació entre la seva estructura i les propietats de fractura que presenten. Alhora, es plantegen diferents modificacions del mètode que permeten potenciar les seves possibilitats. S'observa que al millorar la perfecció cristalina dels materials estudiats, el terme essencial augmenta en detriment del terme no essencial. També es demostra que la presència d'etilè en els EPBC minimitza la gran dependència que presenten les propietats de fractura del PP homopolímer en variar la temperatura, i es relaciona aquest comportament amb els canvis dels mecanismes de deformació predominants en el material. / En este trabajo, se presenta el estudio de las propiedades de fractura de films de polipropileno (PP) y copolímeros etileno-propileno (EPBC) por medio de la técnica del Trabajo Esencial de Fractura (EWF). Esta técnica se muestra como una alternativa muy adaptada para la aplicación de la Mecánica de la Fractura en films dúctiles, y permite separar la energía total de fractura en un término esencial, que hace referencia al trabajo real de fractura, y un término no esencial, relativo a la disipación de energía de deformación plástica alrededor del camino de fractura.En una primera parte, se estudian las condiciones óptimas de ensayo de la técnica WF para aplicarla a films de polímeros dúctiles, estudiando la influencia de variables de ensayo como son las dimensiones de probeta, la velocidad de ensayo o el modo de fractura.En una segunda parte, se ha estudiado la relación entre los parámetros de fractura obtenidos mediante la técnica EWF y distintas propiedades referentes a la estructura del material. Entre éstas, se ha analizado la influencia de las características cristalinas, modificadas por un proceso de recocido previo a los ensayos, y del contenido de etileno a diferentes temperaturas de ensayo. Se han aplicado numerosas técnicas de caracterización, tanto mecánicas y de fractura como físico-químicas.Los resultados muestran que el método EWF se adapta bien a la necesidad de caracterizar la fractura de films poliméricos, y permite estudiar la relación entre su estructura y las propiedades de fractura que presentan. También se plantean diferentes modificaciones del método que permiten potenciar sus posibilidades. Se observa que al mejorar la perfección cristalina de los materiales estudiados, el término esencial aumenta en detrimento del término no esencial. También se demuestra que la presencia de etileno en los EPBC minimiza la gran dependencia que presentan las propiedades de fractura del PP homopolímero al variar la temperatura, y se relaciona este comportamiento con los cambios de los mecanismos de deformación predominantes en el material. / In this work, the study of the fracture properties of polypropylene (PP) and ethylene-propylene block copolymers (EPBC) films by means of the Essential Work of Fracture (EWF) method is presented. This method is considered as a suitable alternative for applying Fracture Mechanics to ductile films, allowing the separation of the total fracture energy into two different items: an essential term, related to the actual fracture work, and a non essential term, related to the plastic deformation energy dissipation occurring in the region surrounding the fracture path.In a first part, the optimal EWF method test conditions for ductile plastic films are studied, by analysing the influence of such test variables as the specimen dimensions, the test rate or the fracture mode.In a second part, the relationship between the fracture parameters obtained by applying the EWF method and different materials structural properties are studied. Among these properties, the influence of the crystalline characteristics, modified by an annealing process before the tests, and that of the ethylene content at different test temperatures have been analysed.Various mechanical, fracture and physico-chemical characterisation techniques have been applied.The results show that the EWF method is very suitable to assess the fracture of polymeric films, and therefore to study the relationship between their structure and the fracture properties that they present. In addition, various modifications of the method are proposed in order to improve its possibilities.It is observed that as the crystalline perfection grows, the essential term increases but the non-essential term decreases. It is also shown that the ethylene presence in the EPBC minimises the strong temperature dependence shown by the fracture properties of the PP homopolymer. This behaviour is related to the predominant deformation mechanisms in the material. / Cet ouvrage présente l'étude des propriétés de rupture de films de polypropylène (PP) et de copolymères éthylène-propylène en blocs (EPBC) par moyen de la methode du Travail Essentiel de Rupture (EWF). Cette technique se révèle comme une alternative très adaptée à l'application de la Mécanique de la Rupture aux films ductiles, et permet la séparation de l'énergie totale de rupture en un terme essentiel, qui fait référence au travail réel de rupture, et en un terme non essentiel, relatif à la dissipation d'énergie de déformation plastique autour du chemin de rupture.Dans une première partie, les conditions optimales d'essai de la technique EWF pour l'application aux polymères ductiles sont étudiées, tout en analysant l'influence de variables d'essai telles que les dimensions de l'éprouvette, la vitesse de l'essai, ou le mode de rupture. La deuxième partie est consacrée à l'étude de la relation entre les paramètres de rupture obtenus par la méthode EWF et différentes propriétés de la structure du matériau. Parmis celles-ci, nous avons analysé l'influence des caractéristiques cristallines, modifiées par un processus de recuit préalable aux essais, et de l'effet du contenu en éthylène à différentes températures d'essai. Plusieurs techniques de caractérisation, aussi bien mécaniques, que de rupture, que physico-chimiques ont été utilisées.Les résultats montrent que la méthode EWF est très adaptée à la caractérisation de la rupture de films de polymères, et permet d'étudier la relation entre leur structure et leurs propriétés de rupture. Nous présentons, aussi, différentes approches modifiées de la technique EWF qui permettent d'accroître son potentiel. Il est observé que, quand la perfection cristalline des matériaux étudiés augmente, le terme essentiel augmente lui aussi, mais le terme non essentiel présente une tendance opposée. De même, il est démontré que la présence d'ethylène dans les EPBC a un effet de minimisation de l'importante dépendence que le PP homopolymère présente vis-à-vis de la température, et ce comportement est relié aux changements des mécanismes de déformation prédominants dans le matériau.