El trabajo hace una presentación de los aspectos más importantes de los materiales compuestos de plásticos reforzados, así como de sus aplicaciones. Por su importancia en el proceso productivo se tratan también aspectos de aseguramiento calidad y medidas de seguridad industrial, habiéndose incluido una generosa lista referencia sobre normativa de ensayos y procedimientos de inspección de materiales compuestos. Por su importancia en la industria nacional se trata sobre las resinas viniléster y su importancia en la ingeniería de los tratamientos anticorrosivos, citando en el anexo una tabla de resistencias química de dicha resina. Para fines prácticos y didáctico se trata los costos de producción en la fabricación de Plásticos reforzados, viendo el aporte y la relevancia de cada centro de costo logrando identificar que la racionalización de acuerdo a parámetros de calidad permiten mejorar sustancialmente los costos de fabricación; asimismo se ve la tecnología del proceso productivo con su respectivo método de trabajo, con la finalidad de hacer más eficiente la producción. Finalmente el trabajo hace una evaluación de la industria nacional de Plásticos Reforzados de Fibra de Vidrio, sus proyecciones de desarrollo e impacto en la economía nacional, logra identificar nuevos mercados y oportunidades de negocio para la industria de los plásticos reforzados dentro de una economía de gran recesión e importación de productos competencias o sustitutos que afectan directamente la demanda de estos productos de fibra de vidrio.

El trabajo hace una presentación de los aspectos más importantes de los materiales compuestos de plásticos reforzados, así como de sus aplicaciones. Por su importancia en el proceso productivo se tratan también aspectos de aseguramiento calidad y medidas de seguridad industrial, habiéndose incluido una generosa lista referencia sobre normativa de ensayos y procedimientos de inspección de materiales compuestos. Por su importancia en la industria nacional se trata sobre las resinas viniléster y su importancia en la ingeniería de los tratamientos anticorrosivos, citando en el anexo una tabla de resistencias química de dicha resina. Para fines prácticos y didáctico se trata los costos de producción en la fabricación de Plásticos reforzados, viendo el aporte y la relevancia de cada centro de costo logrando identificar que la racionalización de acuerdo a parámetros de calidad permiten mejorar sustancialmente los costos de fabricación; asimismo se ve la tecnología del proceso productivo con su respectivo método de trabajo, con la finalidad de hacer más eficiente la producción. Finalmente el trabajo hace una evaluación de la industria nacional de Plásticos Reforzados de Fibra de Vidrio, sus proyecciones de desarrollo e impacto en la economía nacional, logra identificar nuevos mercados y oportunidades de negocio para la industria de los plásticos reforzados dentro de una economía de gran recesión e importación de productos competencias o sustitutos que afectan directamente la demanda de estos productos de fibra de vidrio.

Los materiales compuestos de matriz termoplástica exhiben importantes ventajas potenciales comparados con los termorrígidos tradicionales: mayor tenacidad, post-formabilidad, facilidad de reciclado y bajo costo. Sin embargo, la pobre adhesión matriz-fibra, aun cuando se utilicen agentes acoplantes, así como la alta viscosidad de fundido, dificultan el aprovechamiento pleno de las propiedades alcanzables y la capacidad de procesamiento de estos compuestos. Con el propósito de mejorar estas falencias, se plantea como objetivo general de este trabajo de Tesis, incrementar las propiedades finales de materiales compuestos de polipropileno y fibra de vidrio mediante el mejoramiento de la adhesión polímero-vidrio por unión química entre ambos. Se propone, como ruta de compatibilización, la copolimerización directa de propileno sobre el vidrio, de modo tal que la interacción con la matriz sea por entrelazamientos de cadenas polipropilénicas. En tal sentido, la metodología empleada involucra un análisis inicial de las superficies de vidrio según su composición y su forma de procesamiento, así como la forma de modificarlos para que contengan suficiente cantidad de oxidrilos en superficie. Se llevan a cabo polimerizaciones tanto sobre placas de vidrio, previamente modificadas con un tratamiento ácido/base, como sobre fibras de vidrio comerciales. La reacción utilizada involucra la copolimerización directa de propileno sobre vidrio, utilizando un sistema catalítico metalocénico y una hidroxi-α-olefina como comonómero. Los productos de reacción son básicamente copolímero en solución y polímero injertado sobre la superficie de vidrio. El primero fue caracterizado mediante cromatografía por permeación de geles, espectrometría infrarroja, calorimetría diferencial de barrido (DSC), análisis termogravimétrico (TGA), difracción de Rayos X y microscopía electrónica de barrido (SEM). Para determinar si el polímero se encuentra químicamente adherido al vidrio, se utilizaron técnicas de SEM con microanálisis de Rayos X dispersivo en energía, TGA, y DSC. Las muestras fueron sometidas a una extracción severa para eliminar el polímero físicamente adherido a la superficie. Los cambios superficiales introducidos por la polimerización fueron analizados mediante ensayos comparativos de hidrofobicidad respecto de las fibras de partida. La caracterización de la adhesión se llevó a cabo mediante el test de fragmentación, en tanto que las propiedades mecánicas se evaluaron ensayos de tracción sobre muestras sándwich PP/FV/PP. Por último el análisis de penetrabilidad de polipropileno en tejidos de fibras se realizó por SEM en superficie de fractura. Los resultados permiten concluir que para injertar polipropileno sobre la superficie del vidrio es necesaria una concentración de oxidrilos superficiales que permitan la generación del macrocomonómero sobre este. Estos oxidrilos reaccionan con metilaluminoxano, que a su vez reacciona con una hidroxi-α-olefina, constituyendo el macrocomonómero con dobles enlaces terminales. La copolimerización con propileno en solución se hace efectiva a partir de los dobles enlaces del macrocomonómero y es catalizada por metalocenos activados por metilaluminoxano. La técnica de compatibilización propuesta para los sistemas fibra de vidrio-polipropileno es viable para ser llevada a cabo directamente sobre las fibras sin modificación superficial previa. La reacción fue efectiva bajo las condiciones estudiadas. La inclusión de las fibras copolimerizadas dentro de materiales compuestos resulta en un aumento notable de la adhesión y por ende de las propiedades mecánicas, así como de la penetrabilidad en compuestos cargados con tejidos de fibras. Esta técnica brinda una ruta alternativa para solucionar un problema crucial en la preparación de materiales compuestos de base termoplástica cargados con tejidos de fibras, la impregnación. / Thermoplastic matrix composites exhibit potential important advantages as compared with the traditional thermoset ones: greater tenacity, formability, recyclability and low cost. However, poor matrix-fiber adhesion, even using coupling agents, as well as the high viscosity of the molten matrix, does not allows to take full advantage of the properties and processing capabilities of these composites. In order to improve these weak points, a new compatibilization route is proposed in this thesis work by direct polymerization of the matrix onto the fiber surface. The chemical anchoring of the matrix polymer on glass fibers was improved by direct metallocenic copolymerization of propylene onto the fibers. The experimental route involves an initial contact with methylaluminoxane and a hydroxy--olefin to generate anchorage points on the fiber surface, followed by a propylene copolymerization catalyzed by metallocene system. As a result of this reaction, PP chains grow by copolymerization of propylene with the olefin anchored to the GF surface. Two different geometries of glass substrate were used, slides and fibers. These specimens came from different glass types, soda-lime and E-glass respectively, and different fabrication procedures as well. So, they presented different glass surface composition. Regarding the polymer anchorage, for example, fiber samples contains superficial OH while slides not. For this reason, a special acid/base pretreatment was necessary to generate a sufficient amount of OH groups on the slide surface to allow the reaction to occur. Reaction products are basically solution copolymer and PP grafted onto glass surface. The first was characterized by gel permeation chromatography, infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetrical analysis (TGA) and X-ray diffraction. The copolymerization reaction occurrence was verified by scanning electron microscopy (SEM) with X-ray disperse energy microanalysis. Part of the samples was subjected to solvent extraction to eliminate the PP physically adhered and then compared to non-extracted samples to determine if PP is chemically bonded to glass. The changes introduced by surface polymerization were analyzed by comparative hydrophobicity tests on untreated fiber. The reaction proposed for systems PP/GF is viable to be carried out directly on the fibers without prior surface modification. It was effective under the conditions studied. In order to characterize the PP-GF adhesion, the interfacial shear strength was determined by single-fiber fragmentation tests on model composites for different hydroxy--olefin concentrations. The surface treatment induced great increases in adhesion compared to the untreated fibers. The improved interfacial adhesion level was confirmed by SEM observation of the morphology at the fiber-matrix region of cryogenic-fractured samples. Also, mechanical properties of PP/GF/PP composites prepared with copolymerized fibers either uniaxially oriented monofilaments or bidirectional woven rovings were so improved, especially ductility and tenacity. In woven rovings the PP impregnation were enhanced and the final mechanical properties are similar to the single polymer composites. This route for polymer grafting onto glass surface can be suitable for technological applications to improve the fiber-matrix adhesion and impregnation in glass fiber thermoplastic composites.

El tema central de la tesis es el estudio del comportamiento mecánico de laminados simétricos compuestos de una matriz de poliéster isoftálica reforzada con fibras de vidrio, y analizar la influencia de la orientación de las fibras debido al comportamiento anisotrópico que estas presentan. Para lograr este objetivo, se identificaron los parámetros necesarios para caracterizar el material en estudio, luego se fabricaron las probetas del material, se elaboró un modelo matemático orientado a la caracterización de este y se validó el modelo mediante ensayos mecánicos de tracción y flexión. Finalmente se usó el método de los elementos finitos usando el ANSYS Mechanical APDL 14.5 para comprobar resultados. Se analizaron los resultados obtenidos y la influencia de la orientación de las fibras de vidrio dentro del laminado. Se encontró que cuando los laminados son sometidos a tracción los parámetros hallados para caracterizar el material son suficientes para poder predecir el comportamiento del laminado, debido a que los resultados por el modelo matemático y el método de elementos finitos son iguales y conservadores con respecto a los valores hallados experimentalmente, sin embargo cuando los laminados están sometidos a flexión se encontró que el modelo elaborado es limitado y se necesita hallar parámetros adicionales para poder predecir el comportamiento del material. / Tesis

[ES] En el ámbito de los materiales compuestos o composites para la construcción, el cemento reforzado con fibras de vidrio (GRC, del inglés glass fiber reinforced cement) es el más extensamente utilizado, por sus excelentes propiedades mecánicas (resistencia a flexión y tenacidad). Sin embargo, la durabilidad de estos composites se ha demostrado crítica, y es necesario proponer alternativas. Las fibras usadas, de carácter álcali-resistente (fibras AR, formadas por agrupación de filamentos), son atacadas por el medio agresivo que impone el cemento hidratado. Una alternativa interesante, desde el punto de vista tecnológico, es la incorporación de materiales cementantes suplementarios de carácter puzolánico. El objetivo del presente trabajo es estudiar la influencia de las diferentes adiciones activas en morteros de GRC, observando el comportamiento de los elementos constitutivos del material en condiciones normales de curado, y también al ser sometidos a procesos de envejecimiento controlado. Asimismo, se analiza el comportamiento de los nuevos composites sometidos a diferentes medios agresivos, evaluando la durabilidad y la mejora de los compuestos por medio de la determinación de sus propiedades mecánicas, químicas y físicas. Se han elaborado probetas de GRC a través del procedimiento de premezcla (premix) y se han determinado sus propiedades mecánicas (resistencia a flexión, tenacidad y módulo de elasticidad). Adicionalmente, se han cuantificado las ganancias de resistencia al comparar composites GRC basados en cemento Portland (especímenes control) con otros en los que se ha sustituido hasta el 60% de dicho cemento por adiciones puzolánicas. Al objeto de mejorar la reactividad de las puzolanas, en algunos casos se ha implementado un aumento de su finura a través de la molienda (cenizas volantes molidas, CVm) o de procesos de sonicación (humo de sílice sonicado, HSS). Los especímenes de GRC han sido sometidos a un proceso de envejecimiento (tratamiento en agua a 55ºC durante un período prolongado) y se ha observado un empeoramiento muy importante de la resistencia a flexión y la tenacidad de aquellos que poseen solamente cemento Pórtland como componente cementante. Los composites GRC que contienen cantidades elevadas de puzolana (60% de CVm) o mezclas de puzolanas (50%CVm / 10%HSS, 50%CVm / 10%FCC) presentan una mejora sustancial de las propiedades mecánicas con respecto a los GRC control. La mejora de estos sistemas GRC con elevados porcentajes de puzolanas reactivas se han confirmado a través de estudios físicos y físico - químicos: evaluación de densidad, absorción, estudios microscópicos (lupa y microscopía electrónica de barrido) y análisis termogravimétrico. En cuanto a la respuesta de los composites GRC frente a diferentes disoluciones agresivas, se ha demostrado el efecto beneficioso de la presencia de puzolanas. Después de la exposición de los morteros de GRC a una disolución de NH4Cl, el comportamiento mecánico de los morteros puzolánicos se mantiene por encima del mortero GRC control: esto se debe a la relación directa existente con el incremento de la densidad y la disminución de grado de absorción del composite con la sustitución puzolánica. Al evaluar las propiedades de los morteros de GRC después de su exposición a una disolución de H2SO4, se observan diferencias muy importantes en la evolución de la masa, resistencia a flexión y tenacidad: los composites control son más afectados por la acidez del medio, de modo que la pérdida de masa es muy significativa si se compara con los GRC que presentan puzolanas. La estancia en la empresa Saint Gobain Vetrotex, ha permitido confirmar una gran similitud en los resultados obtenidos mediante los procedimientos seguidos en el laboratorio de la UPV (compuestos de GRC premezclado) comparados con las prácticas desarrolladas por el laboratorio de materiales de la empresa (composites de GRC proyectado). Se han evaluado / [CAT] En l'àmbit dels materials compostos o compòsits per a la construcció, el ciment reforçat amb fibres de vidre (GRC, de l'anglès glass fiber reinforced cement) és el més extensament utilitzat, per les seves excel·lents propietats mecàniques (resistència a flexió i tenacitat). No obstant això, la durabilitat d'aquests compòsits s'ha demostrat crítica, i cal proposar alternatives. Les fibres usades, de caràcter àlcali-resistent (fibres AR, formades per agrupació de filaments), són atacades pel medi agressiu que imposa el ciment hidratat. Una alternativa interessant des del punt de vista tecnològic és la incorporació de materials cimentants suplementaris de caràcter putzolànic. L'objectiu d'aquest treball és estudiar la influència de les diferents addicions actives en morters de GRC, observant el comportament dels elements constitutius del material en condicions normals de curat, i també quan son sotmesos a processos d'envelliment controlat. Així mateix, s'analitza el comportament dels nous compòsits sotmesos a diferents mitjans agressius, avaluant la durabilitat i la millora dels compostos mitjançant la determinació de les seves propietats mecàniques, químiques i físiques. S'han elaborat provetes de GRC a través del procediment de mescla prèvia (premix) i s'ha determinat les seves propietats mecàniques (resistència a flexió, tenacitat, mòdul d'elasticitat). Addicionalment s'han quantificat els guanys de resistència al comparar compòsits GRC basats en ciment Portland (espècimens control) amb altres en què s'ha substituït fins al 60% d'aquest ciment per materials putzolànics. A l'objecte de millorar la reactivitat de les putzolanes, en alguns casos s'ha implementat un augment de la seva finor a través de la mòlta (cendres volants mòltes, CVm) o de processos de sonicació (fum de sílice sonicat, HSS). Els espècimens de GRC han estat sotmesos a un procés d'envelliment (tractament en aigua a 55ºC durant un període prolongat) i s'ha observat l'empitjorament molt significatiu de la resistència a flexió i la tenacitat d'aquells que posseeixen solament ciment Pòrtland com a component cimentant. Els compòsits GRC que contenen quantitats elevades de putzolana (60% de CVm) o mescles de putzolanes (50% CVm / 10% HSS, 50% CVm / 10% FCC) presenten una millora substancial de les propietats mecàniques respecte als GRC control. La millora d'aquests sistemes GRC amb elevats percentatges de putzolanes reactives s'han confirmat a través d'estudis físics i fisicoquímics: avaluació de densitat, absorció, estudis microscòpics (lupa i microscòpia electrònica de rastreig) i anàlisi termogravimètric. Pel que fa a la resposta dels compòsits GRC enfront de diferents dissolucions agressives, s'ha demostrat l'efecte beneficiós de la presència de putzolanes. Després de l'exposició dels morters de GRC a una dissolució de NH4Cl, el comportament mecànic dels morters putzolànics es millor que el morter GRC control: això es deu a la relació directa existent amb l'increment de la densitat i la disminució del grau d'absorció del compòsit amb la putzolana. Quan s¿ha avaluat les propietats dels morters de GRC després de la seva exposició a una dissolució H2SO4, s'observen diferències molt importants en l'evolució de la massa, resistència a flexió i tenacitat: els compòsits control són més afectats per l'acidesa del medi, de manera que la pèrdua de massa és molt significativa si es compara amb els GRC que presenten putzolanes. L'estada a l'empresa Saint Gobain Vetrotex, ha permès confirmar una gran similitud en els resultats obtinguts mitjançant els procediments seguits en el laboratori de la UPV (compostos de GRC amb premescla) comparats amb les pràctiques desenvolupades pel laboratori de materials de l'empresa (compostos de GRC projectat). S'han avaluat prototips per a la indústria de l'GRC projectat. / [EN] In the field of composite materials for construction, glass fiber reinforced cement (GRC) is the most widely used, due to its excellent mechanical properties (resistance to bending and toughness). However, the durability of these composites has been demonstrated to be critical and alternatives need to be proposed. The used fibers, alkali-resistant (AR fibers, formed by grouping of filaments), are attacked by the aggressive medium imposed by the hydrated cement. An interesting alternative, from a technological point of view, is the incorporation of supplementary cementitious materials of pozzolanic behaviour. The purpose of this research is to study the influence of the different mineral additions in GRC mortars, observing the behaviour of the constituent elements of the material under normal curing conditions and controlled aging processes. Likewise, the behaviour of new composites subjected to different aggressive environments is analyzed, evaluating the durability and improvement of the compounds by determining their mechanical, chemical and physical properties. GRC specimens have been produced through the premix procedure and their mechanical properties (flexural strength, toughness, and modulus of elasticity) have been determined. Additionally, resistance gains have been quantified when comparing GRC composites based on Portland cement (control specimens) with others in which up to 60% of that cement has been replaced by pozzolanic additions. In order to improve the reactivity of pozzolans, in some cases an increase in its fineness has been implemented through grinding (ground fly ash, CVm) or sonication processes (sonicated silica fume, HSS). The GRC specimens have been subjected to an aging process (treatment in water at 55ºC for an extended period) and worsening of the flexural strength and toughness of those who only have Portland cement as cementitious component has been observed. GRC composites containing high amounts of pozzolan (60% CVm) or mixtures of pozzolans (50% CVm / 10% HSS, 50% CVm / 10% FCC) show a substantial improvement in mechanical properties compared to the control GRC. The improvement of these GRC systems with high percentages of reactive pozzolans have been confirmed through physical and physical-chemical studies: evaluation of density, absorption, microscopic studies (magnifying glass and scanning electron microscopy), and thermogravimetric analysis. Regarding the response of GRC composites against different aggressive solutions, the beneficial effect of the presence of pozzolans has been demonstrated. After the exposure of the GRC mortars to a NH4Cl solution, the mechanical behavior of pozzolanic mortars remains above that of the control GRC mortar: this is due to the direct relationship existing with the increase in density and the decrease in the absorption of the composite with the pozzolanic replacement. When evaluating the properties of GRC mortars after exposure to an H2SO4 solution, very important differences are observed in the evolution of the mass, flexural strength and toughness: the control composites are more affected by the acidity of the medium, so that the loss of mass is very significant when compared to the GRCs that present pozzolans. The stay at the Saint Gobain Vetrotex company has confirmed a great similarity to the results obtained by the procedures followed at the UPV laboratory (premixed GRC compounds) compared to the practices developed by the company's materials laboratory (composites of projected GRC). Scalable prototypes have been assessed for the projected GRC industry. / Lalinde Castrillón, LF. (2020). Estudio de compuestos de GRC y adiciones activas: Propiedades mecánicas, envejecimiento acelerado y durabilidad [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/157637

El presente estudio aborda el uso de barras de polímero reforzado con fibra de vidrio (GFRP) como reemplazo del acero en una sección circular de concreto armado, con el fin de evitar la corrosión de las barras de refuerzo y así mejorar su durabilidad. El caso de estudio es la sección de un pilote cuadrado convertida en una sección circular equivalente de concreto armado del puerto artesanal de Huacho, provincia de Huaura, departamento de Lima. Se realizó el análisis comparativo del desarrollo del diagrama de interacción para el diseño por flexocompresión y ratio de cuantía requerida de refuerzo transversal para ambos tipos de refuerzo. Asimismo, se desarrolló el diagrama Momento–Curvatura para calcular factores de ductilidad y deformabilidad de ambas secciones. / The present study addresses the use of fiberglass reinforced polymer (GFRP) bars as a replacement for steel in a circular section of reinforced concrete, in order to avoid corrosion of rebar and thus improve its durability. The case study is the section of a square pile converted into an equivalent circular section of reinforced concrete from the Huacho artisanal port, Huaura province, department of Lima. The comparative analysis of the development of the interaction diagram for the flexo-compression design and ratio of the required amount of transversal reinforcement was carried out for the design by cutting by Excel spreadsheets and the Matlab programming software, for both types of reinforcement. Likewise, the relative flexural stiffness at ultimate load level and the ductility of both sections under lateral load were analyzed by obtaining the Moment-Curvature diagram. / Tesis

3. - PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Uno de los tipos de fallas más comunes que sufre un pavimento es el agrietamiento por fatiga o reflexión, el cual es producido generalmente por la carga del tráfico, el endurecimiento por vejez ó los ciclos de cambio de temperatura. Esto se materializa en grietas que son visibles en la superficie, y éstas, no son más que la imagen reflejada de las fisuras o juntas de dilatación que subyacen en la carpeta de rodadura. 4. - OBJETIVOS 4.1. - OBJETIVO GENERAL Mostrar una nueva alternativa para la reparación de pavimentos en el Perú, en cuanto a la aparición de grietas reflejadas en la superficie del pavimento, cuya falla está relacionada con la fatiga del material. 4.2. - OBJETIVOS ESPECÍFICOS Mostrar los beneficios ingenieriles-estructurales de la geogrilla de fibra de vidrio, con respecto a otros sistemas que se utilizan con el mismo fin. 5. - HIPOTESIS La geogrilla de fibra de vidrio es un material compuesto por hilos de fibra de vidrio cubierto de un polímero elastomérico, que crea una estructura en forma de malla. Cada hilo tiene una resistencia a la tensión extremadamente alta y un alto módulo de elasticidad; esto es particularmente importante ya que el concreto asfáltico generalmente se agrieta a pequeñas deformaciones. Cuando el sistema GlasGrid se instala formando un “sándwich” entre las capas de nivelación y rodadura en una sobrecarpeta convencional, se convierte en la resistencia oculta de la carretera, diseñada para propagar horizontalmente los esfuerzos verticales de las grietas y disiparlos efectivamente. 6. - METODOLOGÍA Aunque en la clasificación del método científico no hay un consenso universal, pues estos se entremezclan muchas veces, es posible determinar un método a seguir dentro de la clasificación mencionada. En esta Tesis se utilizará el método de la observación científica, el más usado en las ciencias naturales, que es parte del método empírico analítico, además de métodos cuantitativos-cualitativos, que no forman parte dentro de la clasificación del método científico, pero sin embargo son utilizados como herramientas de investigación. Se utilizarán estos métodos debido a que esta Tesis tendrá su apoyo principal en experimentos de laboratorio, acompañados por ciertos análisis estadísticos, sobre todo en el caso de plantear los beneficios económicos. Los ensayos de laboratorio que se realizarán serán: ensayos de carga cíclica, que simularán el paso del tránsito y que mostrarán que las grietas en la probeta con el material propuesto aparecerán a mayor número de ciclos que en los que no se haya colocado el material, además de tener longitudes mucho menores; ensayos de tracción directa, que mostrarán que las deformaciones últimas ocurrirán para mayores cargas en las probetas con el material propuesto, en comparación con las probetas sin el material. La información requerida está basada en ensayos de la tecnología propuesta en la Tesis, los mismos que han sido elaborados en las universidades más prestigiosas del mundo, como la Universidad de Texas A&M, Universidad de Nottingham y universidad de Delft. También fue probado en la pista de pruebas de pavimento del Centro Nacional de Tecnología del asfalto, en los Estados Unidos de América. Además la naturaleza de la información se apoyará en experiencias realizadas en el vecino país de Chile. 7. – RESULTADOS • El incremento de carga para que fallaran las vigas reforzadas con respecto a las no reforzadas fue de 75%. • Los niveles de carga que causan la falla en las vigas reforzadas son del orden de 1400 Kg, en contraste con las vigas no reforzadas, que fallan con una carga promedio de 500 Kg. • De los dos sistemas que retardan la reflexión de fisuras en la superficie, la más efectiva resulto ser la geogrilla de fibra de vidrio, con una efectividad 228% superior al mortero asfáltico. • Es posible medir la efectividad con un porcentaje exacto para el caso de la geogrilla de fibra de vidrio respecto del mortero asfáltico, esto porque los dos fallan para un mismo nivel de carga: 1400 Kg. Sin embargo, medir la efectividad en porcentaje, de éstas respecto de las no reforzadas es más complicado puesto que las que no tienen ningún refuerzo fallan para diferentes niveles de carga. Para este último caso es mejor observar en las gráficas, que demuestran dilatadamente los beneficios de reforzar una carpeta. 8. – CONCLUSIONES • Tanto la viga con geogrilla de fibra de vidrio, como la viga reforzada con mortero asfáltico, retardan en gran medida la aparición de grietas en la superficie. • De entre las muchas grietas que aparecen, las grietas que llegan a la superficie lo hace partiendo de la grieta generada, o de una vecindad próxima a esa grieta, del orden de 3 cm a cada lado de la grieta generada. • Una vez iniciada la falla, los incrementos de las longitudes de grietas se dan de forma súbita. • La viga C-1, reforzada con geogrilla de fibra de vidrio, no presentó ninguna grieta reflejada. Sólo presento una grieta aislada, la cual se tomó para hacer las comparaciones necesarias. Sin embargo no puede sentenciarse que esta grieta no haya sido influenciada por los esfuerzos y deformaciones que ocurren en la grieta generada, puesto que se necesitarían investigaciones más profundas para llegar a esta conclusión. • La viga A-1 fue la única que presentó más de una grieta reflejada y lo hizo para un orden de carga de 600 Kg, en cambio la primera grieta lo hizo para una carga de 400 Kg. Es de suponerse que la segunda grieta ya estaba produciéndose en el interior de la viga, puesto que aparece después de sólo 28 ciclos de incrementada la carga.

La presente tesis abarcó las temáticas específicas de los fenómenos de fatiga por tensiones de corte interlaminar, fractura en Modo II, así como una verificación en 3D del modelo material elástico ortotrópico de materiales compuestos laminados que se emplean en palas de aerogeneradores. Se verificó el modelo de comportamiento elástico ortotrópico y la homogeneidad en 3D de una muestra de material obtenida durante la fabricación de una pala. Se observaron diferencias entre los coeficientes simétricos de la matriz de rigidez del material. Los valores de resistencias y constantes elásticas de cupones 2D obtenidos en laboratorio mostraron valores superiores a los de la muestra. Se observaron distintos tipos de defectos en la muestra de la pala. En fatiga por tensiones interlaminares, se hicieron ensayos empleando un dispositivo short-beam shear (SBS) y se compararon dos materiales laminados, uno con y otro sin una lámina de MAT denominada Unifilo. Se construyeron constant-life diagrams parciales, se evaluó el dispositivo de ensayo y la influencia del MAT. El compuesto con Unifilo presentó una menor performance tanto a fatiga SBS como cuasiestática. También se evaluó el efecto de la frecuencia de aplicación de carga en el compuesto sin Unifilo bajo tres niveles de amplitud de tensiones SBS, R=0.1 y frecuencias 1, 3, 6 y 10 Hz. La mayor diferencia entre los valores medios se dio para bajas frecuencias y bajos niveles de tensiones. Sin embargo, esta diferencia fue estadísticamente no significativa. En fractura Modo II, se evaluaron límites de aplicación tanto del ensayo con probetas 4ENF como del método de descargas parciales. Se evaluó el uso de módulos de elasticidad obtenidos de ensayos de flexión y compresión para el cálculo de GIIC. Se obtuvieron valores GIIC de iniciación y curvas R. Se observaron distintos tipos de defectos en el material, a los cuales se les atribuyó la dispersión de los resultados, diferencias en las curvas R, así como diferencias entre los valores obtenidos con las mediciones experimentales de compliance y los valores obtenidos con el modelo clásico de vigas. La diferencia entre emplear cualquiera de los dos módulos elásticos no fue significativa para el material evaluado. Además, se presenta un capítulo especial donde se describe un estudio de propiedades por corte interlaminar empleando el ensayo SBS con cargas cuasiestáticas y de fatiga en materiales laminados metálicos reforzados con fibras (Arall y Glare). Para el Glare se hicieron ensayos cuasiestáticos y de fatiga SBS. Se discutió sobre la diversidad de modos de falla que se presentaron en fatiga y su validez. Fueron presentadas las curvas S-N de fatiga SBS para dos orientaciones principales del material. Para el Arall se obtuvieron los resultados con el dispositivo SBS según ASTM D2344 y con un dispositivo con diámetro de rodillos más pequeño. Se discutieron las limitaciones de los criterios de detención de ensayo que plantea la norma para las probetas estudiadas y el efecto de los nuevos rodillos. Se sugirieron modificaciones a la norma para extender su campo de aplicación. / The present thesis covers specific topics of interlaminar shear stress fatigue, Mode II fracture and a 3D verification of the orthotropic elastic model of laminated composite materials used in wind turbine blades. The orthotropic elastic model and the homogeneity of a material sample obtained during the manufacture of a wind turbine blade were verified in 3D. Differences between the symmetrical coefficients of the material elastic stiffness matrix were observed. The strength values and the elastic constants of the sample were lower than values from 2D coupons obtained in the laboratory. Different types of defects in the material sample of the blade were observed. Regarding to interlaminar shear fatigue, tests using the short-beam shear (SBS) device were performed and two laminated material, one with a MAT layer called Unifilo and another without it, were compared. Partial constant life-time diagrams were built. The test device and the influence of Unifilo were evaluated. The composite with Unifilo presented a lower performance in quasi-static SBS strength and SBS fatigue. The effect of loading frequency was also evaluated in the composite without Unifilo layer. Test were performed at three SBS stress amplitude levels, R = 0.1 and frequencies 1, 3, 6 and 10 Hz. The differences between the mean values were larger at low frequencies and low stress levels. However, these differences were statistically not significant. Tests with 4ENF specimens and unloading compliance method were performed to obtain Mode II fracture toughness and their limits were evaluated. The use of flexural or compressive moduli of elasticity for GIIC estimation was analyzed with the aid of the classical theory of beams. The difference resulted not significant. Initiation GIIC values and R-curves were obtained. Defects of different types were observed in the studied material. The scatter in the results, the differences in the R-curves, as well as the differences between the values obtained with the experimental compliance measurements and the classic beams theory were attributed to these defects. In addition, a special chapter describing a study of interlaminar shear stress properties using the SBS test with quasi-static and fatigue loads in fiber reinforced metal laminates (Arall and Glare) was included. Quasi-static and SBS fatigue tests were performed in Glare. Various failure modes were observed in SBS fatigue tests and their validities were discussed. The S-N curves for SBS fatigue at two main material orientations were presented. For Arall, results with the SBS device according to ASTM D2344 and with a device with reduced roller diameters were performed. The limitations of the criteria for test stopping according to the standard and the effect of the new roller diameters were discussed. Modifications to the standard to extend its scope were suggested.

El tema central de la tesis es el estudio del comportamiento mecánico de laminados simétricos compuestos de una matriz de poliéster isoftálica reforzada con fibras de vidrio, y analizar la influencia de la orientación de las fibras debido al comportamiento anisotrópico que estas presentan. Para lograr este objetivo, se identificaron los parámetros necesarios para caracterizar el material en estudio, luego se fabricaron las probetas del material, se elaboró un modelo matemático orientado a la caracterización de este y se validó el modelo mediante ensayos mecánicos de tracción y flexión. Finalmente se usó el método de los elementos finitos usando el ANSYS Mechanical APDL 14.5 para comprobar resultados. Se analizaron los resultados obtenidos y la influencia de la orientación de las fibras de vidrio dentro del laminado. Se encontró que cuando los laminados son sometidos a tracción los parámetros hallados para caracterizar el material son suficientes para poder predecir el comportamiento del laminado, debido a que los resultados por el modelo matemático y el método de elementos finitos son iguales y conservadores con respecto a los valores hallados experimentalmente, sin embargo cuando los laminados están sometidos a flexión se encontró que el modelo elaborado es limitado y se necesita hallar parámetros adicionales para poder predecir el comportamiento del material.

El estudio muestra la existencia de tres estados en el comportamiento en fatiga de la poliamida reforzada con fibra de vidrio corta su rotura.En el estado I se genera deformación por fluencia transitoria, lo que conlleva disipación de energía en el material que aumenta su temperatura. Si el incremento térmico se estabiliza el materialsoporta un número ilimitado de ciclos. Si aumenta la temperatura, la deformación del material alcanza un valor para el que se produce la transición al estado II.En el estado II el material se deforma a velocidad constante. Se inician fenómenos de crazing o pseudo-fisuración en el material, con cierta capacidad portante de carga. El proceso conduce a una inestabilidad final cuando la deformación del material alcanza el valor para el que sucede la transición al estado III.En el estado III se produce la inestabilidad local en el material que antecede a su rotura. Se debe a que el desarrollo de los crazes produce un crecimiento acelerado de la deformación del material y se obtiene su rotura tras un número de ciclos bajo. / The work shows the existence of three states in the fatigue behaviour of short fibre-glass reinforced polyamide up to the moment of failure. In the state I creep transient deformation processes are produced. If temperature, associated to the dynamic process, stabilises, the material is able to withstand an unlimited number of cycles. On the other hand, if temperature grows continuously the material takes a critical strain for which a transition to the state II is reached. This new state shows a constant material´s deformation rate and a homogeneous nucleation of crazing phenomena. The hysteresis energy per cycle grows in a constant way and the material´s temperature increases. These conditions lead to the final instability that starts when the material´s deformation reaches a new critical value for which a second transition to the state III takes place. Under these circumstances local instabilities precede material´s final fracture. This is due to the quantity of crazes and their sizes, which are important enough to origin high concentration of mechanical effects to produce a material´s accelerated growth deformation to obtain its fracture.