La ingeniería tisular es una ciencia multidisciplinaria que incluye tanto los principios fundamentales de la ingeniería de materiales como de la biología celular y molecular para dar lugar al desarrollo de tejidos y órganos artificiales. Específicamente, la ingeniería de tejido óseo ha estado a la vanguardia. La combinación de células osteoblásticas o en su defecto células capaces de diferenciarse en tejido óseo, unido a la presencia de moléculas bioactivas y materiales tridimensionales "scaffolds" hacen de ésta técnica una realidad en la regeneración y reparación del hueso. Es por ello que el gran reto de éste trabajo ha sido el desarrollo de nuevos materiales basados en cadenas poliméricas de poliésteres que puedan ser útiles en ésta aplicación. La incorporación de unidades hidrófilas en sus estructuras nos ha permitido disminuir el carácter hidrófobo y la alta cristalinidad de estos materiales permitiendo incluir en la lista de sus propiedades (biocompatibilidad, buenas propiedades mecánicas, etc.) la capacidad de absorber agua de forma controlada, sin perder la buena adhesión celular que presentan, aumentar su velocidad de degradación y que como objetivo final pudieran ser utilizados en ingeniería tisular. En este sentido, se sintetizaron y caracterizaron los copolímeros de caprolactona 2-(metacriloiloxi) etil ester (CLMA) con acrilato de 2-hidroxietilo (HEA) en diferentes proporciones con el objetivo de obtener materiales con hidrofilicidad controlada. Se prepararon scaffolds de estructura de poros interconectados y se realizaron cultivos de células mesenquimales provenientes de médula ósea de cabras, diferenciadas a tejido óseo, con resultados satisfactorios. Debido a que las unidades de -caprolactona en el material descrito no formaban parte de la cadena principal de los copolímeros, sintetizamos nuevos materiales con éstas características. Se obtuvieron dos macrómeros a base de -caprolactona (mCL) y L-láctido (mLA), haciendo reaccionar la poli( -caprolact / Escobar Ivirico, JL. (2008). Síntesis, caracterización y aplicaciones biomédicas de redes de copolímeros basados en poliésteres [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3445 / Palancia

El manuscrito versa sobre el desarrollo y caracterización de materiales híbridos basados en poliacrilato de hidroxietilo (a partir de ahora PHEA) reforzado por la inclusión de una fase amorfa de sílice. Ambas fases fueron sintetizadas simultáneamente: la fase orgánica se obtiene a través de una reacción de polimerización radicalaria inducida por la pequeña adición de un iniciador térmico (peróxido de benzoilo); además, la sílice (SiO2) fue polimerizada a través de una reacción sol-gel catalizada en medio ácido del alcóxido de silicio tetraetoxisilano (en adelante TEOS). Las condiciones del proceso sol-gel donde el retículo de dióxido de silicio se forma condicionan la estructura final de la sílice: grado de condensación, especies intermedias lineales frente a ramificadas, tamaños promedio, Algunos de los parámetros fundamentales que controlan la topología de la sílice en materiales compuestos derivados de reacciones sol-gel incluyen a la naturaleza del catalizador usado para aumentar la reactividad del alcóxido (así como su cantidad, pH), el agua disponible para hidrolizar al precursor de la sílice (referido a la cantidad estequiométrica necesaria para hidrolizar completamente a una molécula de TEOS) y la relación entre los porcentajes de las fases orgánica e inorgánica en el material híbrido final. El primer parámetro (el catalizador) y el segundo (el agua) se fijaron para de este modo sintetizar materiales con tamaños de sílice alrededor de las decenas de nanómetros (materiales nanocompuestos); el último de ellos, el ratio relativo entre las fases orgánica e inorgánica, se cambió sistemáticamente. Para caracterizar algunas propiedades físicas y químicas de los materiales nanocompuestos se utilizaron varias técnicas, entre las que se incluyen: microscopías, espectroscopía infrarroja, calorimetría, análisis dinámico mecánico, termogravimetría, hinchado en disolventes. / Rodríguez Hernández, JC. (2008). Acrylate-silica polymer nanocomposites obtained by sol-gel reactions. Structure, properties and scaffold preparation [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3798 / Palancia

La ingeniería tisular es una ciencia que aplica los principios de la ingeniería y las ciencias de la vida para desarrollar sustitutos biológicos que reparen o mejoren la función biológica de un tejido u órgano (según la definición de Langer y Vacanti). Para ello, el enfoque más común se basa en el uso de tres elementos fundamentales las células, las biomoléculas y los scaffolds poliméricos. A pesar de los muchos avances alcanzados, los investigadores de este campo aún nos enfrentamos a importantes retos en la reparación o la sustitución de los tejidos que cumplen predominantemente funciones biomecánicas como es el caso del tejido óseo y el tejido cartilaginoso y en específico el cartílago articular. En este sentido, los materiales tri-dimensionales (scaffolds) desempeñan un papel muy importante. En este contexto, el quitosano es un candidato con un gran potencial, utilizado en una amplia gama de aplicaciones, ya que posee propiedades biológicas únicas, entre las que se incluyen su biocompatibilidad, su biodegradación, su marcada actividad antibacterial, entre otras y además posibilita el desarrollo de materiales en una gran variedad de formas. Es por ello, que el gran reto de este trabajo es el desarrollo de materiales basados en quitosano para la ingeniería tisular, entre los cuales podemos mencionar la formación de mezclas poliméricas de policaprolactona y quitosano, scaffolds implantables de quitosano y el desarrollo de un nuevo modelo de scaffolds inyectables basados en micropartículas entrecruzadas de quitosano. Las mezclas de policaprolactona y quitosano han sido preparadas haciendo uso de la técnica de evaporación de solvente. Se ha estudiado la influencia del componente hidrófilo sobre las propiedades físico-químicas y mecánicas. Por otro lado, se evaluó la respuesta biológica de los materiales en cultivos primarios "in vitro" de condrocitos, llegando a la conclusión de que la hidrofilicidad, en este caso, no está directamente relacionada con la respuesta bi / García Cruz, DM. (2008). Materiales macroporosos biodegradables basados en quitosano para la ingeniería tisular [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/4327 / Palancia

[ES] En la última década se ha producido un cambio relevante en nuestra sociedad, centrado en la mayor sensibilidad por el medio ambiente. Aspectos como el reciclado, revalorización, biodegradación, etc. están adquiriendo gran relevancia. Esta situación es más acentuada en el ámbito de los polímeros y de los materiales compuestos en tanto en cuanto la mayoría presentan un origen petroquímico y no ofrecen, por lo general, biodegradación, dando lugar al problema de acumulación de residuos plásticos con los problemas medioambientales que ello conlleva. Por ello, en los últimos años se están desarrollando numerosas investigaciones que abordan el impacto medioambiental de los materiales poliméricos y/o compuestos desde diferentes puntos de vista. Uno de los puntos de vista es el origen; así pues, cada vez son más los polímeros procedentes de recursos renovables que contribuyen a reducir la huella de carbono y ralentizar el agotamiento del petróleo. Entre estos materiales destaca el empleo creciente de ácido poli(láctico) - PLA, polímeros obtenidos por fermentación bacteriana como los poli(hidroxialcanoatos) - PHAs, polímeros de polisacáridos (almidón, celulosa, quitina, etc.), y polímeros derivados de estructuras proteicas (gluten, proteína de soja, caseína, colágeno, etc.). Otro planteamiento es el que considera la eficiencia medioambiental al final del ciclo de vida a través del desarrollo de plásticos y compuestos biodegradables (desintegrables en condiciones de compost). Entre ellos, destacan los poli(ésteres) que si bien se obtienen como derivados del petróleo, presentan total biodegradabilidad, evitando, en gran medida, la acumulación de residuos plásticos. Entre estos poli(ésteres) destacan la poli(¿-caprolactona) - PCL, poli(butilén succinato) - PBS, poli(butilén adipato-co-tereftalato) - PBAT, entre otros. Considerando este marco, esta tesis pretende desarrollar nuevos materiales compuestos derivados de un poli(éster) alifático, el poli(butilén succinato) - PBS que, si bien actualmente se obtiene como derivado petroquímico, es posible que en un tiempo razonable pase a sintetizarse a partir de ácido succínico de origen renovable. Se trata de un plástico flexible con un coste elevado. Es por ello que se plantea el empleo de rellenos de refuerzo derivados de la cáscara de almendra con el fin de reducir los costes globales del uso de este material y, al mismo tiempo, mejorar las propiedades. Dada la naturaleza altamente hidrofílica de la cáscara de almendra en forma de polvo y, por otro lado, la fuerte hidrofobicidad del PBS, se realiza un primer planteamiento considerando diferentes familias de agentes compatibilizantes que abarcan los monómeros acrílicos, los derivados maleinizados (anhídridos alquenil succínicos de origen petroquímico y aceites vegetales modificados) y los derivados epoxidados, fundamentalmente obtenidos a partir de aceites vegetales. En este primer bloque se trabaja con una cantidad constante de harina de cáscara de almendra (ASF) y se evalúa la efectividad de cada familia de compatibilizantes en general y de cada compuesto, en particular. Una vez seleccionado el/los compatibilizantes más adecuados para mejorar la interacción en la entrecara polímero-carga lignocelulósica, se procede a profundizar en el estudio de la cantidad óptima de agente compatibilizante en la mejora de las propiedades de los compuestos PBS-ASF a través del seguimiento de las propiedades mecánicas, térmicas, morfológicas, termomecánicas, entre otras. Con ello, es posible definir la ratio carga celulósica:compatibilizante que conduce a un mayor equilibrio de propiedades en los compuestos PBS-ASF desarrollados. Finalmente, con el objetivo de disponer de una amplia gama de materiales con propiedades adaptables a las necesidades en el ámbito de la ingeniería, se lleva a cabo un estudio del efecto del contenido en carga lignocelulósica en las propiedades finales de los c / [CA] En l'última dècada s'ha produït un canvi rellevant en la nostra societat, centrat en la major sensibilitat pel medi ambient. Aspectes com ara el reciclatge, la revalorització, la biodegradació, etc. Van adquirint progressivament major rellevància. Aquesta situació és més accentuada en l'àmbit dels polímers i materials compostos ja que la majoria presenten un origen petroquímic i no ofereixen, de forma general, biodegradació, donant lloc al problema de l'acumulació de residus plàstics amb tota la problemàtica mediambiental que açò comporta. Per això, en els últims anys estan desenvolupant-se nombroses investigacions que aborden l'impacte mediambiental dels materials polimèrics i/o compostos des de diferents punts de vista. Un d'aquests punts de vista és l'origen; això doncs, cada vegada són més els polímers procedents de recursos renovables que contribueixen a reduir la empremta de carboni i desacceleren l'esgotament del petroli. D'entre aquests materials, destaca l'ús creixent de l'àcid poli(làctic) - PLA, polímers obtinguts per fermentació bacteriana com els poli(hidroxialcanoats) - PHAs, polímers de polisacàrids (midó, cel·lulosa, quitina, etc.) i polímers derivats d'estructures proteiques (gluten, proteïna de soja, caseïna, col·lagen, etc.). Un altre plantejament és el que considera l'eficiència mediambiental al final del cicle de vida a través del desenvolupament de plàstics i compostos biodegradables (desintegrables en condicions de compost). D'entre aquests, destaquen els poli(èsters) que si bé s'obtenen com a derivats del petroli, presenten total biodegradabilitat, i això contribueix a evitar, en gran mesura, l'acumulació de residus plàstics. Entre aquests poli(èsters) destaca la poli(¿-caprolactona) - PCL, el poli(butil·lé succinat) - PBS, el poli(butil·lé adipat-co-tereftalat) - PBAT, entre d'altres. Considerant aquest marc, aquesta tesi pretén desenvolupar nous materials compostos derivats d'un poli(èster) alifàtic, el poli(butil·lé succinat) - PBS que, si bé actualment s'obté com a derivat petroquímic, és possible que en un temps raonable passe a obtenir-se a partir de l'àcid succínic d'origen renovable. Es tracta d'un plàstic flexible amb un cost elevat. Per això es planteja la utilització de reforços derivats de la corfa de ametla amb la finalitat de reduir els costos globals d'ús d'aquest material i, al mateix temps, millorar les propietats. Donada la naturalesa altament hidrofòbica de la corfa de ametlla en forma de pols i, per altre costat, de la forta hidrofobicidad del PBS, es realitza un primer plantejament considerant diferents famílies d'agents compatibilitzants com ara els monòmers acrílics, els derivats maleinitzats (anhídrids alquenil-succínics d'origen petroquímic i olis vegetals modificats) així com els derivats epoxidats, fonamentalment obtinguts a partir d'olis vegetals modificats. En aquest primer bloc es treballa amb una quantitat constant de farina de corfa de ametlla (ASF) i s'avalua l'efectivitat de cada família de compatibilitzants en general i de cada compost, en particular. Una vegada seleccionat el/els compatibilitzants més adequats per a millorar la interacció en l'entrecara polímer-càrrega lignocel·lulòsica, es procedeix a aprofundir en l'estudi de la quantitat òptima d'agent compatibilitzant en la millora de les propietats dels compostos PBS-ASF a través del seguiment de les propietats mecàniques, tèrmiques, morfològiques, termomecàniques, entre d'altres. Amb això, és possible definir la ràtio càrrega cel·lulòsica:compatibilitzant que condueix a un major equilibri de propietats en els compostos PBS-ASF desenvolupats. Finalment, amb la intenció de disposar d'una àmplia gama de materials amb propietats adaptables a les necessitats en l'àmbit de l'enginyeria, es duu a terme un estudi de l'efecte del contingut de càrrega lignocel·lulòsica en les propietats finals del composts. / [EN] In the last decade, a remarkable change in our society, focused on increased environmental sensitiveness, has been detected. Topics such as recycling, upgrading, biodegradation, and so on are acquiring great relevance. This situation is much more pronounced in the field of polymers and composite materials since most of them are petroleum-derived materials and do not provide, in general, biodegradation, thus leading to waste accumulation with the subsequent environmental problems. For these reasons, research is being developed to overcome or minimize the environmental impact of conventional polymers and composite materials. This research is being conducted from several points of view. Ono of these points of views is the origein; thus, today it is possible to find a wide variety of polymers and composites from renewable resources which positively contribute to reduce to carbon footprint as well to delay the petroleum depletion process. Among these materials, it is worthy to note the increasing use of poly(lactic acid) - PLA, bacterial polymers such as poly(hydroxyalkanoates) - PHAs, polymers from polysaccharides (starch, cellulose, quitin, and so on), and protein-derived polymers (gluten, soy protein, casein, collagen, and so on). Another standpoint is that which considers the environmental efficiency at the end-of-life by developing biodegradable polymers and composite materials (disintegrable in controlled compost). Among others, it is important to highlight the increasing use of some poly(esters) that, although they are petroleum-derived polymers, they offer fully biodegradation, thus contributing to avoid waste accumulation. These poly(esters) include poly(¿-caprolactone) - PCL, poly(butylene succinate) - PBS, poly(butylene adipate-co-terephthalate) - PBAT, among others. Within this context, this doctoral thesis intends to develop new composite materials derived from an aliphatic poly(ester), namely poly(butylene succinate) - PBS that currently is being obtained from petroleum resources but it is possible to synthesize it following a renewable resource by using bio-derived acid succinic. PBS is an expensive and flexible polymer. For these reasons, the aim of this research work is to reinforce PBS by using a worldwide available waste, namely almond shell which can contribute to reduce the oveall cost and, in addition, to improve some mechanical properties. Given the highly hydrophilic nature of the almond shell flour and the extremely high hydrophobic nature of PBS, the first approach considers to potential effectiveness of several compatibilizers families which include acylic monomers, maleinized derivatives (alkenyl succinic anhydrides and modified vegetable oils) and epoxidized derivatives, mainly obtained from vegetable oils. In this section, the amount of almond shell flour (ASF) remains constant and the effectiveness of each family, in general, and each compatibilizers, in particular, is studied. Once the optimum compatibilizers/s to improve interactions among polymer-lignocellulose filler interface are selected, an in depth study of the optimum loading of compatibilizer agent is carried out to obtaine good-balanced properties on PBS-ASF composites by following the evolution of mechanical, thermal, morphological, thermomechanical properties, among others. This way, it is possible to define the optimum cellulosic filler to compatibilizer ratio that could givethe best balanced properties on PBS-ASF composites. Finally, with the aim of obtaining a wide range of materials with tailored properties that could fit in several engineering applications, the effect of the lignocellulosic filler content is studied on PBS-ASF composites. / Limiñana Gregori, P. (2018). Desarrollo, optimización y modelización de compuestos de alto rendimiento medioambiental derivados de poli (butilén succinato) - PBS y residuos de cáscara de almendra [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/115935 / TESIS

[ES] Los materiales compuestos reforzados con fibra son ampliamente utilizados en diversos sectores, como el aeroespacial y el de automoción. Tras su conformado, estos materiales necesitan procesos de mecanizado para eliminar el material sobrante y facilitar la unión entre piezas. Debido a la naturaleza heterogénea y la anisotropía de estos materiales, su comportamiento ante el mecanizado es diferente que los metálicos. Las fibras abrasivas provocan un rápido desgaste de la herramienta y, además, la aparición del delaminado puede hacer necesario el reprocesado o rechazo de las piezas. El delaminado es un defecto que provoca la separación de capas del material compuesto y hace que la pieza presente un aspecto deshilachado en el borde mecanizado porque la herramienta dobla las fibras en vez de cortarlas, además de poder producir un daño superficial en la pieza. En esta tesis se ha abordado el estudio experimental del fresado de materiales compuestos reforzados con fibra de basalto, en concreto, en la operación de contorneado. En el mecanizado de este material se ha estudiado el desgaste de la herramienta, el acabado superficial y el delaminado, analizando la influencia de los parámetros de corte (velocidad, avance y profundidad de pasada), y de las características del material compuesto (volumen y orientación de fibra). Con respecto al material de las fibras, casi todos los estudios existentes se han centrado en las fibras de carbono y de vidrio, no habiendo estudios con fibras de basalto, aunque este material es de origen natural y una buena alternativa a las fibras de vidrio. Con respecto al proceso de fresado, los estudios existentes en la bibliografía se han centrado más en la operación de ranurado que en la de contorneado. Una parte fundamental de la tesis se ha centrado en el estudio del delaminado. Para ello se han definido y desarrollado los diferentes aspectos teóricos que caracterizan este defecto. Además, se han cuantificado los tipos de delaminado (Tipos I y II) mediante la definición y comparación de parámetros unidimensionales y de superficie, evaluando su evolución temporal. Los parámetros unidimensionales permiten evaluar la longitud de las fibras que sobresalen o dañan la superficie, mientras que los parámetros de superficie permiten cuantificar la densidad del delaminado. Como complemento al estudio experimental, se han utilizado herramientas estadísticas (diseño de experimentos, ANOVA y modelos de regresión cuantílica) para estudiar el fresado de este tipo de materiales en relación a la rugosidad, el desgaste de la herramienta y el delaminado. / [CA] Els materials compostos reforçats amb fibra són àmpliament utilitzats en diversos sectors, com l'aeroespacial i el d'automoció. Després del seu conformat, aquests materials necessiten processos de mecanitzat per a eliminar el material sobrant i facilitar la unió entre peces. A causa de la naturalesa heterogènia i anisotropia d'aquests materials, el seu comportament davant el mecanitzat és diferent que els metàl·lics. Les fibres abrasives provoquen un ràpid desgast de l'eina i, a més, l'aparició de la delaminació pot fer necessari el reprocessament o rebuig de les peces. La delaminació és un defecte que provoca la separació de capes del material compost i fa que la peça presente un aspecte esfilagarsat en la vora mecanitzada perquè l'eina doblega les fibres en lloc de tallar-les, a més de poder produir un mal superficial en la peça. En aquesta tesi s'ha abordat l'estudi experimental del fresat de materials compostos reforçats amb fibra de basalt, en concret, en l'operació de contornejat. En el mecanitzat d'aquest material s'ha estudiat el desgast de l'eina, l'acabat superficial i la delaminació, analitzant la influència dels paràmetres de tall (velocitat, avanç i profunditat de passada), i de les característiques del material compost (volum i orientació de fibra). Respecte al material de les fibres, quasi tots els estudis existents s'han centrat en les fibres de carboni i de vidre, no havent-hi estudis amb fibres de basalt, encara que aquest material és d'origen natural i una bona alternativa a les fibres de vidre. Respecte al procés de fresat, els estudis existents en la bibliografia s'han centrat més en l'operació de ranurat que en la de contornejat. Una part fonamental de la tesi s'ha centrat en l'estudi de la delaminació. Per a això s'han definit i desenvolupat els diferents aspectes teòrics que caracteritzen aquest defecte. A més, s'han quantificat els tipus de delaminació (Tipus I i II) mitjançant la definició i comparació de paràmetres unidimensionals i de superfície, avaluant la seua evolució temporal. Els paràmetres unidimensionals permeten avaluar la longitud de les fibres que sobreïxen o danyen la superfície, mentre que els paràmetres de superfície permeten quantificar la densitat de la delaminació. Com a complement a l'estudi experimental, s'han utilitzat eines estadístiques (disseny d'experiments, ANOVA i models de regressió quantílica) per estudiar el fresat d'aquesta mena de materials i predir alguns aspectes de la rugositat, el desgast de l'eina i la delaminació. / [EN] Fiber reinforced composites are widely used in diverse fields such as aeronautics and automotive. After their shaping, these materials require machining processes to remove excess material and facilitate joining between parts. Due to the heterogeneous nature and anisotropy of these materials, their behavior when being machined is different from metallic ones. Abrasive fibers trigger fast tool wear and delamination appearance can cause piece reprocessing or discard. Delamination is a defect which induces the separation of composite layers and makes the piece present a frayed appearance on the machined edge because the tool bends the fibers instead of cutting them, in addition to producing surface damage to the piece. In this thesis, the experimental study of milling of basalt fiber reinforced composite materials has been approached, specifically, in edge trimming. In the machining of this material, tool wear, surface finish and delamination have been studied, analyzing the influence of cutting parameters (cutting speed, feed per tooth and depth of cut) and characteristics of the composite material (fiber volume fraction and fiber orientation). Regarding the fiber material, almost all existing studies have focused on carbon and glass fibers, there are no studies with basalt fibers, although this material is of natural origin and a good alternative to glass fibers. About the milling process, existing studies in the literature have focused more on the grooving operation than on the edge trimming operation. A fundamental part of the thesis has focused on the study of delamination. To characterize this defect, different theoretical aspects have been defined and developed. Additionally, different types of delamination (types I and II) have been quantified through the definition and comparison of one-dimensional and surface parameters, evaluating their temporal evolution. One-dimensional parameters allow the evaluation of the length of the fibers that protrude or damage the surface, while the surface parameters allow the quantification of the density of delaminate. As a complement to the experimental study, statistical tools (experiment design, ANOVA and quantile regression models) have been used to study the milling of this type of materials and predict certain roughness, tool wear, and delamination aspects. / Navarro Mas, MD. (2021). Análisis experimental del fresado de materiales compuestos reforzados con fibra de basalto [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/177645 / TESIS

The research presented in this doctoral thesis focuses on damage assessment in slender structures and on the methodology of reinforcement by means of composite materials. In particular, the dynamic behaviour of masonry belfries and industrial chimneys, as well as concrete buildings constructed in the coastal area of the Spanish east coast in the mid-20th century, has been analysed. These analyses have been carried out based on the study of several specific structures. In relation to the former, research has been carried out on the bell tower of Fiesole Cathedral, Italy. The main objective of the research is to evaluate the problems of dynamic interaction between the inertial forces associated with the swing of the bells and the main structure of the bell tower. In relation to the second structural typology, a study has been carried out to evaluate the origin of the current state of cracking of the industrial masonry chimneys, as well as to evaluate the damage associated with the problems of collapse that they present at the top of the chimneys. This study has focused on two industrial chimneys located in the municipality of Manises, Valencia, and Agost, Alicante. Finally, in relation to the third structural typology analysed, a third study was carried out on the Torre Adoc 10, located in the coastal area of the city of Alicante. The main objective of this research is to analyze the combined effect of corrosion and seismic action after forty years of corrosion processes on the structure, evaluating the distribution of the damage pattern by analyzing the capacity and demand curves. Finally, an analysis related to the seismic vulnerability of industrial masonry chimneys has been carried out, focusing on the chimney of Agost, Alicante. On the basis of this analysis the pattern of damage to the structure has been defined, and a system of reinforcement using composite materials capable of preventing the structural collapse of the stack has been proposed and sized. The content of this doctoral thesis has been structured in three phases according to the development of the work carried out. In this sense, the first phase is called "Phase of structural characterization", the second phase, "Phase of definition of the numerical model" and finally the third phase, "Phase of definition and analysis of variables". During the development of the first phase, the geometric characterisation of the structures is carried out, as well as the characterisation of the materials by means of laboratory tests or on the basis of the available literature. The results obtained from the process of characterisation of the materials allow the mechanical characteristics of the mortars and brick units to be known, but in addition, analysis at a microstructural level of the samples allows the presence of contaminating agents and expansive salts to be determined, which allows the problem of the damage analysed to be put into context later with the numerical models. Finally, the dynamic characterisation of the structures is carried out with the aim of finding out the modal parameters that allow the subsequent calibration of the numerical models. In the second phase, the numerical models are generated defining the behaviour of the materials in the linear and non-linear range. In addition, the models are calibrated from the experimental data obtained in the previous phase, or by means of experimental data from the consulted bibliography. During this phase the results of the calibration have been analysed using genetic algorithms of the Fiesole bell tower, and the influence of the lateral confinement of the tower on the modal response of the structure has been determined. Finally, during the third phase, the variables associated with the damage assessment of the modelled structures are analysed. In this sense, the first variable analyzed focuses on the effect of the swing of the bells. This study analyses the effect of the velocity, the angle of oscillation and the position of the bells along the height of the tower, in order to determine the range of operation of the bells to avoid damage to the structure. In addition, the influence of the harmonics of the inertial force of the bells on the determination of the real response of the structure is evaluated and compared with the simplified solution proposed by DIN 4178. The second variable focuses on the study of the origin of the current state of damage present in masonry industrial chimneys. This study is analysed from two points of view. On the one hand, the effect of the thermal action during the normal operation of the chimney is evaluated, and on the other hand, the effect of the increase in volume of the metallic elements due to corrosion, arranged on the inside of the chimney, is assessed. Finally, the third variable is related to the analysis of the seismic vulnerability of the Agost masonry industrial chimney, and the reinforced concrete building, Torre Adoc 10. This study analyses the seismic demand through the use of elastic response spectra, and compares the capacity of the structure through a sectional analysis, and through a non-linear pushover analysis. From the results, the damage pattern in both structures is analyzed, and the influence of corrosion in the case of the reinforced concrete building is evaluated. Finally, the results of the analysis of the seismic vulnerability in the industrial chimney allow us to propose a reinforcement system using composite materials capable of preventing the collapse of the structure.

Concevoir une structure composite consiste à relever un défi de taille : alors qu'un ingénieur qui conçoit un produit mécanique à base de matériau métallique se concentre principalement sur le développement d'une forme qui garantira un comportement spécifique, l'ingénieur pour qui le problème de conception est celui d'un produit à base de matériaux composites doit trouver la meilleure combinaison forme - structure de matériau. Ainsi, il doit aussi concevoir simultanément un matériau et la topologie produit. La combinatoire s’avère être complexe et les espaces de solutions de très grande taille.Les outils de CAO et de simulation par éléments finis n'offrent pas au concepteur une approche permettant d'explorer les espaces de recherche de manière interactive et rapide. Le travail de thèse conduit à une nouvelle approche numérique permettant de manipuler chaque paramètre de conception caractérisant une structure composite, quelle que soit l’échelle à laquelle il est pertinent.Premièrement, le modèle de comportement paramétrique et réduit (Parametric and Reduced Behavior Model, PRBM) est un modèle dit séparé. Il permet :1- une approche multi-échelle : les paramètres mécaniques de la structure sont explicitement décrits comme issus de la qualité matérielle de chaque fibre, de la matrice, de chaque couche et de la topologie même du stratifié,2- une approche multi-physique: indépendamment le comportement mécanique de chaque couche et de chaque interface est traité pour donner lieu au comportement du stratifié. Des situations de comportements statiques et dynamiques sont étudiés. Dans le cas du comportement dynamique, le caractère visco-élastique est devenu un enjeu conceptuel.Deuxièmement, une méthode mixant dérivées non entières et usage de la méthode PGD a permis la réalisation du PRBM. Intégré dans un modèle de connaissance paramétrique (Parametric Knowledge Model, PKM) auprès de modèles de connaissances experts, il constitue la base d'une méthode interactive d’aide à la conception.Le PKM est traité par une méthode d'optimisation évolutionnaire. De ce fait, le concepteur peut explorer de façon interactive les espaces de conception. Pour qualifier nos modèles et notre PRBM, nous étudions 2 problèmes de conception de structures stratifiées. Les solutions déterminées sont qualifiées vis-à-vis de simulations par éléments finis ou selon une approche empirique. / The design process of laminated composites faces a major challenge: while an engineer designing a metallic based mechanical product is mainly focusing on the development of a shape that will guarantee a specific behavior, the engineer designing a composite based product must find the best combination of the shape-material structure. Therefore, he must simultaneously create a material and the product topology. The number of design solutions can be huge since the solution space is considerable.Standard CAE systems (CAD, Finite Element Simulation) do not provide an approach to explore these solution spaces efficiently and interactively. A new numerical procedure is proposed to allow engineers to handle each design parameter of a laminated composite structure, each at its relevant scale.First, the Parametric and Reduced Behavior Model (PRBM) is a separated model that enables reasoning based on1- A multiscale approach: the mechanical parameters of the structure are explicitly described as coming from the material quality of each fiber, the matrix, each layer and the topology of the laminate,2- A multiphysical approach: independently the mechanical behavior of each layer and each interface is processed, leading to the behavior of the laminate. Some situations of static and dynamic behavior are studied. In the case of dynamic behavior, the creeping becomes a conceptual issue.Secondly, a method mixing fractional derivatives and the Proper Generalized Decomposition (PGD) method allowed the creation of the PRBM. Integrated into a Parametric Knowledge Model (PKM) with other expert knowledge models, the PRBM makes the basis of an interactive method of design support.The PKM is processed by an evolutionary optimization method. As a result, the designer can interactively explore the design space. To qualify our models and our PRBM, we study two problems of design of laminated composite structures. The solutions determined are qualified versus finite element simulations or according to an empirical approach. / El diseño de una estructura compuesta es un desafío mayor, mientras que un ingeniero que diseña un producto mecánico con materiales metálicos se concentra principalmente en el desarrollo de una geometría que garantice un comportamiento específico, el ingeniero que diseña un producto con materiales compuestos debe encontrar la mejor combinación forma – estructura del material. De esta manera, el ingeniero debe diseñar simultáneamente el material y la topología del producto, razón por la que esta combinación se vislumbra compleja, puesto que los espacios de solución son gran tamaño.Las herramientas CAO y de simulación por elementos finitos no ofrecen al diseñador una metodología que permita explorar los espacios de solución de manera interactiva y rápida. Por lo tanto, este trabajo de tesis propone un nuevo enfoque numérico que permite manipular parámetros de diseño que caracterizan la estructura compuesta, cualquiera que sea la escala de pertinencia.Como primera medida, el modelo de comportamiento paramétrico y reducido (Parametric and Reduced Behavior Model, PRBM) es un modelo definido de manera separada que permite:1- Un enfoque multiescala: los parámetros mecánicos se presentan de manera explícita en términos de las propiedades de cada fibra, de la matriz, de cada capa y de la topología del mismo apilamiento.2- Un enfoque multifísico: el comportamiento mecánico de cada capa y cada interface se modela de manera independiente para dar lugar al comportamiento del apilamiento. Se estudian situaciones de casos de comportamiento estático y dinámico. En el caso dinámico en particular, se tiene en cuenta también la característica viscoelástica de las interfaces.Como segunda medida, un método que combina derivadas no enteras y el uso de la descomposición propia generalizada (PGD), permite la realización del PRBM. Este constituye la base de un método interactivo de ayuda al diseño, pues está integrado dentro de un modelo de conocimiento (PKM) que también incorpora mejores prácticas aprendidas por expertos.El PKM es utilizado por un método de optimización evolucionaria. De esta manera, el diseñador puede explorar de manera interactiva los espacios de solución. Para validar nuestros modelos y el PRBM, se estudian dos problemas de diseño de estructuras apiladas. Las soluciones obtenidas se comparan con respecto a simulaciones obtenidas por el método de los elementos finitos y con respecto a resultados experimentales.

La aplicación de materiales compuestos de matriz polimérica reforzados mediante fibras largas (FRP, Fiber Reinforced Plastic), está en gradual crecimiento debido a las buenas propiedades específicas y a la flexibilidad en el diseño. Uno de los mayores consumidores es la industria aeroespacial, dado que la aplicación de estos materiales tiene claros beneficios económicos y medioambientales. Cuando los materiales compuestos se aplican en componentes estructurales, se inicia un programa de diseño donde se combinan ensayos reales y técnicas de análisis. El desarrollo de herramientas de análisis fiables que permiten comprender el comportamiento mecánico de la estructura, así como reemplazar muchos, pero no todos, los ensayos reales, es de claro interés. Susceptibilidad al daño debido a cargas de impacto fuera del plano es uno de los aspectos de más importancia que se tienen en cuenta durante el proceso de diseño de estructuras de material compuesto. La falta de conocimiento de los efectos del impacto en estas estructuras es un factor que limita el uso de estos materiales. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de ensayo virtual mecánico para analizar la resistencia a impacto de una estructura es de gran interés, pero aún más, la predicción de la resistencia residual después del impacto. En este sentido, el presente trabajo abarca un amplio rango de análisis de eventos de impacto a baja velocidad en placas laminadas de material compuesto, monolíticas, planas, rectangulares, y con secuencias de apilamiento convencionales. Teniendo en cuenta que el principal objetivo del presente trabajo es la predicción de la resistencia residual a compresión, diferentes tareas se llevan a cabo para favorecer el adecuado análisis del problema. Los temas que se desarrollan son: la descripción analítica del impacto, el diseño y la realización de un plan de ensayos experimentales, la formulación e implementación de modelos constitutivos para la descripción del comportamiento del material, y el desarrollo de ensayos virtuales basados en modelos de elementos finitos en los que se usan los modelos constitutivos implementados. / The application of polymer-based composites reinforced by long fibers, called advanced Fiber Reinforced Plastic (FRP), is gradually increasing as a result of their good specific mechanical properties and increased flexibility of design. One of the largest consumers is the aerospace industry, since the application of these materials has clear economic and environmental benefits. When composites are to be used in structural components, a design development program is initiated, where a combination of testing and analysis techniques is typically performed. The development of reliable analysis tools that enable to understand the structure mechanical behavior, as well as to replace most, but not all, the real experimental tests, is of clear interest. Susceptibility to damage from concentrated out-of-plane impact forces is one of the major design concerns of structures made of advanced FRPs used in the aerospace industry. Lack of knowledge of the impact effects on these structures is a factor in limiting the use of composite materials. Therefore, the development of virtual mechanical testing models to analyze the impact damage resistance of a structure is of great interest, but even more, the prediction of the post-impact residual strength. In this sense, the present thesis covers a wide range of analysis of the low-velocity and large mass impact events on monolithic, flat, rectangular, polymer-based laminated composite plates with conventional stacking sequences. Keeping in mind that the main goal of this work is the prediction of the residual compressive strength of an impacted specimen coupon, a set of different tasks are performed in order to provide suitable tools to analyze the problem. Accordingly, the topics which are addressed in this thesis are: the analytical description of the impact, the design and the realization of an experimental test plan, the formulation and implementation of constitutive models for the description of the composite material behavior, and the assessment of the performance of virtual tests based on finite element models where the constitutive models are used.

Virtual tools are commonly used nowadays to optimize product design and manufacturing process of fibre reinforced composite materials. The present work focuses on two areas of interest to forecast the part performance and the production process particularities. The first part proposes a multi-physical optimization tool to support the concept stage of a composite part. The strategy is based on the strategic handling of information and, through a single control parameter, is able to evaluate the effects of design variations throughout all these steps in parallel. The second part targets the resin infusion process and the impact of thermal effects. The numerical and experimental approach allowed the identificationof improvement opportunities regarding the implementation of algorithms in commercially available simulation software. / Les eines de disseny virtual son usades de forma habitual per optimitzar el disseny i el procés productiu de peces de material compòsit reforçades amb fibra. Aquest treball es centra en dos àrees d’interès per la predicció de les prestacions de la peça i les particularitats del seu procés productiu. La primera part proposa una eina d’optimització multi-física per recolzar l’etapa de desenvolupament d’una nova peça. La estratègia es basa en la gestió intel•ligent de la informació a través d’un paràmetre de control comú, permeten l’avaluació dels canvis en totes les etapes en paral•lel. La segona part es centra en la infusió de resina, i particularment en l’impacte dels efectes tèrmics. Aquesta investigació numèrica i experimental ha permès la identificació de possibilitats de millora en la implementació d’algoritmes usats actualment en codis comercials de simulació.

En este trabajo se ha estudiado el potencial tanto los filamentos de cáñamo como de la cañamiza como refuerzo/carga del polipropileno. La modificación de estos materiales se realiza para lograr una mayor compatibilidad con la matriz polimérica. Se evaluaron las propiedades mecánicas de las resistencias a tracción e impacto, de los materiales compuestos reforzados tanto de filamento como de cañamiza. Los filamentos de cáñamo poseen suficiente capacidad de refuerzo en los materiales compuestos basado en polipropileno debido a sus propiedades intrínsecas, siendo una buena alternativa como material de refuerzo. Así, la adición de MAPP (polipropileno modificado con anhídrido maleico) conduce a materiales compuestos con unas resistencias a tracción de hasta el 70% de las que se obtienen con compuestos de PP reforzados con fibra de vidrio. Mientras que la cañamiza ha actuado como una carga en la matriz, incrementado significativamente la rigidez de los materiales compuestos. / In this work, the potential of hemp strands as well as hemp straw, to be used as reinforcement/filler of polyprppylene has been studied. The modification of these materials ha been carried out to obtain a greater compatibility with the polymer matrix. The mechanical properties of the obtained materials were evaluated under tensile, flexural and impact stresses. The hemp strands showed a sufficient capacity of reinforcement in the polypropylene-based composite due to their intrinsic properties, being a good alternative like reinforcement agent. Thus, the addition of MAPP (polypropylene modified with maleic anhydride) leaded to composites with a value of ultimate tensile strength that achieved 70% of the value of materials formulated with PP and fibreglass. In the particular case of the addition of hemp straw, this component acted as a filler of the polymer matrix, increasing the rigidity of the composite but with a limited influence in the ultimate tensile strength.