La investigación realizada en esta tesis se ha centrado en la caracterización de la fractura de materiales compuestos por una matriz de polipropileno homopolímero isotáctico y diferentes fracciones de partículas laminares de talco. Estos materiales se emplean en la actualidad para la fabricación de piezas por inyección, especialmente en el sector de automoción. Por extrusión de doble tornillo se prepararon dos series de materiales conteniendo diferentes fracciones de talco disperso, el cual fue previamente tratado con agentes de acoplamiento de tipo silano organofuncional para inducir adhesión en la interfase. Se preparó una serie equivalente con talco sin tratar con fines comparativos. Las probetas para los ensayos se obtuvieron mediante moldeo por inyección. Además de caracterizar térmica y mecánicamente dichos materiales, se ha estudiado la influencia del porcentaje de partículas, del grado de adhesión en la interfase, y de la velocidad de solicitación, sobre los valores de la tenacidad y energía de fractura, y se han identificado los micromecanismos responsables de su deformación y fractura. Los resultados obtenidos se discuten asimismo sobre la base de las características morfológicas y microestructurales observadas. / The investigation was focused on the characterization of the fracture of plastic materials made up of isotactic polypropylene (homopolymer) containing different fractions of lamellar talc particles. Because of their rigidity and low cost, these materials are used at the present time for the manufacture of injection-molding parts, especially for the automobile sector. Different fractions of talc were dispersed into the polypropylene matrix by using a co-rotating twin-screw extruder. Two series of composites were prepared with different fractions of both untreated and silane-treated talc. The surface treatment of the talc with organofunctional silane was previously performed in order to promote better interfacial adhesion in the composite. Standard (ASTM) test specimens were prepared by injection-molding. The composites were characterized thermally and mechanically. The influence of the talc percentage, the adhesion degree at the interface and the loading rate on the fracture toughness values was also studied. The micromechanisms responsible for the material deformation and crack propagation could also be identified. The obtained results are discussed on a basis of the morphological and microstructure characteristics.

En general, los materiales compuestos (MC) poseen la gran ventaja de tener una muy baja densidad con unas muy buenas propiedades mecánicas, permitiendo el diseño de elementos constructivos muy ligeros y una construcción amena. En el sector de la construcción industrial, los MC ya se están usando en la actualidad pero mayoritariamente en elementos secundarios. El objetivo principal de la Tesis Doctoral es el estudiar y demostrar la aplicabilidad de los materiales compuestos avanzados (matrices poliméricas reforzadas con fibras), como elementos constructivos en las edificaciones industriales. Se ha centrado su estudio en la aplicación de estos materiales al sistema constructivo estructural, al sistema constructivo fachadas y al sistema constructivo cubierta. La aplicabilidad se analiza desde los aspectos de viabilidad técnica, tiempo de ejecución, costes de ejecución, seguridad en la construcción, e impactos medioambientales producidos por la aplicación de los materiales compuestos avanzados en los sistemas constructivos indicados a lo largo del ciclo de vida de un edificio industrial (desde la fase de construcción hasta la desconstrucción y la posterior revalorización de los materiales usados). Todo ello comparado con soluciones constructivas consideradas "tradicionales" en el sector de la construcción industrial.El esquema del trabajo desarrollado en la Tesis queda reflejado en los puntos siguientes:1) Búsqueda de información general de materiales compuestos. Tipos de materiales y tipos de procesos de fabricación de los mismos. Aplicaciones de MC en la construcción.2) Comparación entre los distintos materiales compuestos realizando estudios completamente teóricos. Comparación entre los MC y los materiales convencionales más habituales.3) Estudio y elección del material compuesto y del proceso de fabricación más adecuado para la finalidad de la tesis doctoral a desarrollar. Se llega a la conclusión que el material compuesto concreto más adecuado, actualmente, para usarse en elementos estructurales de edificios industriales es el formado por una matriz de poliéster isoftálico reforzado con fibras de vidrio E. En cuanto a la tecnología de fabricación, la que mejor se adapta a las exigencias concretas de este material para la construcción industrial, es la pultrusión.4) Ensayos en laboratorio de perfiles del material compuesto escogido. Caracterización del material a través de los resultados obtenidos en los ensayos realizados.5) Modelización y simulación de perfiles con MC mediante software de elementos finitos.6) Estudio de métodos de unión entre elementos constructivos de materiales compuestos y determinación de métodos de unión concretos para cada tipo de unión en un edificio industrial.7) Análisis y determinación de las secciones mejoradas para perfiles estructurales del material compuesto seleccionado mediante software de elementos finitos. Se ha obtenido un perfil con una sección mejorada para los esfuerzos a soportar por parte de una estructura de un edificio industrial. A esta se le ha llamado Elemento Resistente Mejorado (ERM). 8) Determinación de las dimensiones de un edificio industrial tipo para las PYMES españolas, y sus cargas máximas a considerar. Desglose unitario de partidas constructivas para los sistemas constructivos estudiados.9) Comparación de costes, tiempos, seguridad e impactos medioambientales en la aplicación de distintos materiales (MC y tradicionales) para los sistemas constructivos analizados.10) Conclusiones de las comparaciones realizadas y sobre la aplicabilidad de los materiales compuestos avanzados en la construcción de edificios industriales.11) Validación de resultados obtenidos.La conclusión general extraída, en vistas de los resultados obtenidos, es que la aplicabilidad de los MC en la construcción industrial es posible, y que hoy día, ya es parcialmente ventajosa respecto a otras soluciones consideradas tradicionales.

La tesis presenta los resultados de un extenso estudio experimental de probetas cilíndricas de hormigón sometidas a confinamiento lateral cargadas axialmente. En el estudio se consideró el confinamiento activo y pasivo. El confinamiento activo consistió en aplicar una presión hidrostática en una célula triaxial y el confinamiento pasivo fue mediante tubos de acero rellenos de hormigón y probetas de hormigón zunchadas con polímeros reforzados con fibras (FRP) de carbono y vidrio. Se ensayaron hormigones de baja y alta resistencia, con resistencias características de 25 y 60 MPa, sometidos a diferentes niveles de confinamiento. En el caso del confinamiento activo la presión hidrostática aplicada para el hormigón de baja resistencia varió entre 0 y 35 MPa, y para el hormigón de alta resistencia entre 0 y 50 MPa. Para el confinamiento pasivo con tubo de acero el hormigón fue moldeado en tubos de acero de diferentes espesores - 1.8 mm, 4.5 mm y 7.6 mm. En este caso la carga de compresión fue aplicada sobre la superficie de hormigón y sobre la sección mixta. Para las probetas zunchadas con FRP, se usaron entre 1 y 6 capas de FRP para el hormigón de baja resistencia y entre 1 y 12 capas para el de alta resistencia. Los principales resultados del estudio están basados en la caracterización del comportamiento tensión-deformación de los hormigones bajo los diferentes tipos y niveles de confinamiento. En general, se observó que el confinamiento incrementa la capacidad de carga y la deformación axial máxima del hormigón, con incrementos relativamente mayores en el hormigón de baja resistencia que en el de alta resistencia. Se han definido parámetros para determinar la ductilidad de la respuesta post pico que permite la comparación de los diferentes tipos de confinamiento.En el hormigón confinado con tubo de acero, la máxima tensión de compresión en el hormigón de baja resistencia fue 4.2 veces la tensión de compresión del hormigón sin confinar mientras que para el de alta resistencia solo fue de 2.5 veces. Asimismo, en el hormigón confinado con FRP, el uso de 6 capas de fibras de carbono incrementa 2.6 veces la tensión máxima en el hormigón de baja resistencia mientras que para 12 capas del mismo material en el de alta resistencia solo se incrementó ligeramente (es decir, 3.1). Como se esperaba, las fibras de vidrio fueron menos efectivas que las fibras de carbono en ambos hormigones.En general, se alcanzaron niveles de tensión similares con los diferentes tipos de confinamiento. Sin embargo, la ductilidad difiere considerablemente con el confinamiento con tubo de acero alcanzando valores de deformabilidad mucho mayores que en el caso del confinado con FRP. / The thesis presents results of an extensive experimental study of cylindrical specimens of concrete subjected to compressive loading under lateral confinement. Both active and passive confinements were considered in the study. Active confinement consisted of hydrostatic pressure applied in a triaxial cell and passive confinement was applied through steel jackets and fiber reinforced polymer (FRP) wrapping with carbon and glass fibers. Nomal and high strength concretes of 25 and 60 MPa characteristic were tested under different levels of confinement. In the case of the active confinement, the hydrostatic pressure applied to the normal strength concrete varied from 0 to 35 MPa and for high strength concrete it varied from 0 to 50 MPa. For the passive confinement applied through steel jackets, the concrete was cast in steel tubes of different thicknesses - 1.8, 4.5 and 7.6 mm. The compressive loading in this case was applied on either the concrete surface or the entire composite surface. For the FRP wrapped specimens, 1 to 6 layers of FRP were used for the normal strength concrete and 1 to 12 layers for the high strength concrete.The main results of the study are based on the characterization of the axial stress-strain behavior of the concretes under the different types and levels of confinement. In general, it is observed that confinement increases the load-carrying capacity and the maximum axial strain of the concrete, with relatively higher increases in the normal strength concrete than in the high strength concrete. Parameters have been defined for determining the ductility of the response in the post-cracking regime that permits the comparison of the different types of confinement.In the concrete confined in steel tubes, the maximum compressive stress in the normal strength concrete was 4.2 times the uniaxial compressive strength in the normal concrete while the maximum stress was only 2.5 times in the high strength concrete for the same tube thickness. Similarly, in the concrete wrapped with FRP, the use of 6 layers of carbon fibers increased the maximum compressive stress 2.6 times in the normal concrete while 12 layers of the same material yielded only a slightly higher level of strengthening (i.e., 3.1) in the high strength concrete. The glass fibers were less effective in both concretes than the carbon fibers, as expected.In general, similar levels of strength were achieved with the different types of confinement. However, the ductility of the response differs considerably with the steel tube confinement yielding much higher deformability than the FRP wraps.

El uso de barras de materiales compuestos (FRP) se propone como una alternativa efectiva para las tradicionales estructuras de hormigón armadas con acero que sufren corrosión en ambientes agresivos. La aceptación de estos materiales en el mundo de la construcción está condicionada a la compresión de su comportamiento estructural. Este trabajo estudia el comportamiento adherente entre barras de FRP y hormigón mediante dos programas experimentales. El primero incluye la caracterización de la adherencia entre barras de FRP y hormigón mediante ensayos de pull-out y el segundo estudia el proceso de fisuración de tirantes de hormigón reforzados con barras de GFRP mediante ensayo a tracción directa. El trabajo se concluye con el desarrollo de un modelo numérico para la simulación del comportamiento de elementos de hormigón reforzado bajo cargas de tracción. La flexibilidad del modelo lo convierte en una herramienta flexible para la realización de un estudio paramétrico sobre las variables que influyen en el proceso de fisuración. / The use of Fibre Reinforced Polymers (FRP) as reinforcement in concrete structures is considered to be a possible alternative to steel in those situations where corrosion is present. The full acceptance of FRP reinforcement in concrete construction is contingent on a complete study and comprehension of all aspects of their structural performance. This thesis investigates the bond behaviour between Fibre Reinforced Polymer (FRP) reinforcement and concrete. Two experimental programs were conducted. In the first program the role of the variables which affect the bond behaviour was studied through pull-out test. In the second program, GFRP RC members were tested in tension to study their cracking response. To conclude the thesis, a numerical model was developed to simulate the cracking behaviour of RC tensile members. Since the model was flexible enough to include any "user-defined" bond-slip law and variable materials' properties, a parametric study was conducted to analyze which are the variables that influence the cracking behaviour.

Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2012 / Los materiales compuestos cerámicos están siendo utilizados en nuevas aplicaciones estructurales y en piezas de maquinarias de alto desempeño, donde se busca estabilidad térmica y química, resistencia a la abrasión y a la corrosión, tanto en situaciones a altas temperaturas como a temperatura ambiente. La síntesis por combustión (CS) es un método que aprovecha la energía liberada durante la reacción, de ciertos elementos iniciales, para la síntesis de cerámicos, intermetálicos o compuestos de ingeniería, pudiendo así disminuir el tiempo de producción y el consumo de energía necesario para la creación de nuevos materiales. En este trabajo de título se utilizaron polvos de ferro-titanio y ferro-boro, dentro de una atmósfera de Argón para lograr una reacción CS, donde se buscó aprovechar la energía liberada por la reacción para producir un material compuesto y unirlo a un sustrato de acero de bajo carbono mediante el uso de un metal de aporte de aleación Cu-Ni. De esta forma, se realizó una soldadura dura exotérmica o, más comúnmente conocido, brazing exotérmico. El material producido fue caracterizado mediante micrografía óptica, difracción de rayos X, ensayo de desgaste, pruebas de micro y macro dureza. Las micrografías ópticas mostraron una unión metalúrgica entre el material compuesto y el sustrato de acero mediante la formación de una capa intermetálica; también se observó una zona de infiltración del metal de aporte que produce una densificación localizada del material producido. Los perfiles de microdureza presentaron un rápido aumento de la microdureza Vickers dentro de un rango de 1,5-2 mm desde el sustrato de acero hacia el recubrimiento, alcanzando finalmente una meseta de dureza de 973 ± 277 HV0,2. Las pruebas de macro-dureza Rockwell entregaron valores que van desde 20,9 y 46,8 HRA en la zona del compuesto sintetizado puro, mientras que la región infiltrada posee una dureza promedio de 55,8 HRA. El ensayo de desgaste entregó tasas de pérdida de material en el rango 0,13 - 0,45 mg/m. Los análisis de difracción de rayo X mostraron la presencia de TiB2 y Fe, y así como óxidos y nitruros de titanio y Fe dentro del material producido. Se concluyó que es factible utilizar la energía de síntesis por combustión de una mezcla de polvos de ferro-titanio y ferro-boro para producir un material compuesto rico en TiB2 y lograr un recubrir un sustrato de acero. Adicionalmente, se obtuvo que la reacción en una atmósfera de Argón tiene una capacidad exotérmica baja, alcanzando temperaturas no superiores a los 1850ºC.

"Development of new ecologic materials from renewable polymer matrices and Posidonia oceanica seaweed reinforcements" The main focus of this doctoral thesis is upgrading of aquatic plant wastes from Posidonia oceanica by using them as reinforcement in combination with several polymer matrices from renewable resources. Posidonia oceanica is an endemic aquatic plant from the Mediterranea Sea that contributes, in a great extent, to the conservation of the coast. Posidonia oceanica plants are anchored to the seabed and this protects it from the erosion effects. Nevertheless, the aggressive conditions typical of marine storms, cause the total or partial pull out of these plats that, due to their lightness, are dragged toward the beaches where they accumulate as organic waste. These wastes are responsible for a high visual impact. By taking into account that turism is one of the most relevant industries in the Mediterranean coast, public organisms are forced to remove these wastes with the main aim of obtaining quality seals such as the "Blue Flag" that bring international turism. Currently, these wastes are removed and deposited into controlled landfills, among other solutions. This doctoral thesis offers several alternatives to upgrade these wastes by using them as reinforcement/fillers into different polymeric matrices. With this focus, a new series of high environmental efficiency materials are proposed. Upgrading is addressed from different standpoints. On one hand, high Posidonia oceanica panels are obtained by thermocompression with different biobased binders or adhesives such as gluten protein and epoxy resins derived from vegetable oils. With this approach, high density particleboards with high Posidonia oceanica content (over 70% by weight) are manufactured by hot press moulding. Another approach is the development of wood like composites, WPC (Wood Plastic composites) or NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics) by using these natural wastes as reinforcements in a biobased polyethylene matrix obtained from ethanol derived from sugarcane biodiesel industry. Manufacturing of these materials by conventional injection moulding is feasible and allows a fiber content of about 40% by weight with interesting surface finish which are able to substitute wood in some applications. The last approach is based on the aggregation of Posidonia oceanica fibers with renewable polyurethane polymers, by using thermocompression processes with potential applications as thermal and sound insulation. In general, the obtained results for the different materials in terms of mechanical, therma, etc. properties, widens the use of these wastes with a new series of high environmental friendly products with interesting possibilities in several technological sectors. Simultaneously, the herein developed materials contribute to give a new solution to these wastes management. / "Desarrollo de nuevos materiales ecológicos basados en matrices poliméricas de origen renovable y refuerzos de alga de Posidonia oceanica" El objetivo central de esta tesis doctoral es la revalorización de residuos de plantas acuáticas de Posidonia oceanica mediante su incorporación como material de refuerzo en combinación con diferentes matrices poliméricas de origen renovable. La Posidonia oceanica es una especie endémica del mar Mediterráneo que contribuye, en gran medida, a la conservación del litoral ya que su anclaje en el lecho marino, impide la erosión del mismo. No obstante, las intensas condiciones que se dan en las tormentas, provocan el arranque total o parcial de estas plantas que debido a su ligereza son arrastradas hacia las playas donde se depositan en forma de residuos. Estos residuos generan un impacto visual importante. Considerando que el turismo es una de las industrias importantes en la costa Mediterránea, los organismos públicos se ven obligados a retirar estos residuos para conseguir sellos de calidad tales como la "Bandera Azul" que atraen turismo internacional. Actualmente, los residuos se retiran y se depositan en vertederos controlados, entre otras acciones. Esta tesis ofrece diversas alternativas para revalorizar estos residuos a través de su incorporación en diversas matrices poliméricas para dar lugar a una serie de materiales de alto rendimiento medioambiental. La revalorización se aborda desde diversos puntos de vista. Por un lado, se trabaja en estructuras de paneles de alto contenido en residuo de Posidonia oceanica utilizando como adhesivos o ligantes, matrices de alto contenido renovable, entre las que se considera la proteína de gluten y las resinas de tipo epoxi derivadas de aceites vegetales. Con estos planteamientos, se consiguen tableros densos mediante procesos de termocompresión con altos contenidos en residuo (superior a 70% en peso). Otro de los planteamientos con los que se aborda la investigación es el desarrollo de compuestos que imitan la madera WPCs (Wood Plastic composites) o NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics) con la incorporación de fibras derivadas de estos residuos en matrices poliméricas obtenidas a partir de recursos renovables como es el caso del biopolietileno obtenido a partir del etanol generado en la industria del biodiesel a partir de la caña de azúcar. El procesado por inyección de estos materiales es factible y permite contenidos en fibra en torno al 40% en peso con unos acabados superficiales interesantes para substituir a productos de madera. Finalmente, se realiza un cuarto planteamiento centrado en el desarrollo de estructuras basadas en residuos de Posidonia oceanica aglomerados con poliuretanos de origen renovable, procesados por termocompresión, para aplicaciones en aislamiento térmico y acústico. Globalmente, los resultados obtenidos con los diversos materiales desarrollados, a nivel de propiedades mecánicas, térmicas, etc. abren las puertas a un nuevo grupo de productos, respetuosos con el medio ambiente, y con interesantes posibilidades en diversos sectores tecnológicos, al mismo tiempo que se da una solución alternativa en la gestión de estos residuos. / "Desenvolupament de nous materials ecològics basats en matrius polimèriques d'origen renovable i reforços d'algues de Posidonia oceanica" L'objectiu central d'aquesta tesi doctoral és la revalorització de residus de plantes aquàtiques de Posidonia oceanica mitjançant la seua incorporació com a material de reforç amb combinació amb diferents matrius polimèriques d'origen renovable. La Posidonia oceanica és una espècie endémica de la Mediterrània que contribueix, en gran mesura, a la conservació del litoral ja que el seu ancoratge al llit marí, impedix l'erosió d'aquest. No obstant això, les intenses condicions que es donen durant les tempestes, provoca l'arrancada total o parcial d'aquestes plantes que, com a conseqüència de la seua lleugeresa són arrossegades fins les platges on es depositen en forma de residus. Aquests residus generen un gran impacte visual. Si es considera que el turisme és una de les indústries més importants a la costa Mediterrània, els organismes públics, es veuen forçats a retirar aquests residus per tal d'aconseguir els segells de qualitat como ara la "Bandera Blava" que atrauen turisme internacional. Actualment, aquests residus es retiren i es depositen en abocadors controlats, entre d'altres opcions. Aquesta tesi ofereix diverses alternatives per tal de revaloritzar aquests residus a través de la seua incorporació en diferents matrius polimèriques per tal de donar lloc a una sèrie de materials amb alt rendiment mediambiental. La revalorització s'aborda desde diferents punts de vista. Per un lloc, es treballa en estructures de panells amb un alt contingut en Posidonia oceanica utilitzant com adhesius o lligats, matrius d'alt contenigut renovable, com ara la proteína de gluten i les resines de tipus epoxi derivades d'olis vegetals. Amb aquests plantejaments, s'aconsegueixen taulells d'alta densitat fabricats per termocompressió amb alts continguts de residu (superior a 70% en pes). Altre dels plantejaments amb què s'aborda aquesta investigació és el desenvolupament de compostos que imiten la madera, WPC (Wood Plastic composites) o NFRP (Natural Fiber Reinforced Plastics) amb la incorporació de fibres derivades d'aquests residus en matrius polimèriques obtingudes de l'etanol generat en la industria del biodiesel a partir de la canya de sucre. El processat per injecció d'aquests materials és factible i permet continguts de fibra al voltant del 40% en pes amb uns acabats superficials interessants per tal de substituir certs productes de madera. Finalment, es realitza un quart plantejament basat en residus de Posidonia oceanica aglomerats amb poliuretans d'origen renovable, processats per termocompressió, per a aplicacions en aïllament tèrmic i acústic. De forma global, els resultats obtinguts amb els diferents materials desenvolupats, a nivel de propietats mecàniques, tèrmiques, etc. obrin les portes a un nou grup de productes, respetuosos amb el medi ambient, i amb interessants possibilitats en diversos sectors tecnològics, al mateix temps que es dona una solució alternativa en la gestió d'aquests residus. / Ferrero Penadés, B. (2017). "Desarrollo de nuevos materiales ecológicos basados en matrices poliméricas de origen renovable y refuerzos de alga de Posidonia Oceánica" [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86283 / TESIS

[ES] Se realiza un estudio de materiales innovadores elaborados a partir de refuerzos de fibras celulósicas y matriz biodegradable denominados "green composites". Estos materiales compuestos suponen un impacto mínimo al medio ambiente, pudiendo ser reciclados o biodegradables al final de su vida útil. Los materiales compuestos elaborados están formados por fibras de refuerzo de yute, cáñamo, lino y coco junto con una resina biodegradable que formará la matriz del composite. Los estudios se realizan a nivel de láminas y de laminados en forma de multicapas tipo sándwich, obteniendo sus principales propiedades mecánicas. El proceso de fabricación para la obtención de las diferentes láminas y laminados de material compuesto se realiza por el proceso de infusión de resina. También se realiza un estudio paralelo con materiales composites elaborados con los mismos refuerzos, pero empleando como fase matriz resina de poliéster. Este estudio tiene la finalidad de comparar los resultados obtenidos con la matriz termoestable más utilizada a nivel industrial. Los composites obtenidos tras el proceso de infusión y curado se analizarán de forma experimental mediante análisis estáticos y dinámicos con la finalidad de obtener las principales características mecánicas, físicas, y las frecuencias naturales de resonancia. Se realizan análisis con diversos programas informáticos con el fin de verificar los resultados obtenidos. Se analizan los composites acústicamente mediante la cámara de transmisión a escala que permitirá obtener valores de absorción sonora y pérdidas por transmisión. Para que los composites se consideren materiales absorbentes acústicos a ruido aéreo, será necesario añadir como material absorbente una lámina de lana de oveja que presente una alternativa medioambiental a las lanas de roca. Se analizarán las combinaciones tipo sándwich formadas por diferentes capas de fibra y tejido con los diferentes tipos de matrices. En una segunda fase del análisis se realizará una comparativa entre las distintas combinaciones tipo sándwich (materiales compuestos con bioresina - resina de poliéster) y placas de yeso laminado, con el fin de obtener las combinaciones con mayor aislamiento acústico al ruido aéreo. Para finalizar se realiza un estudio de costes y comparativas de rigidez entre las láminas de composite y las placas de yeso laminado. Los materiales elaborados en este estudio tienen la finalidad de convertirse en futuros materiales acústicos con aplicaciones en edificación o para barreras acústicas en la construcción. / [CAT] Es realitza un estudi de materials innovadors elaborats a partir de reforços de fibres cel¿lulòsiques i matriu biodegradable denominats "green composites". Aquests materials compostos suposen un impacte mínim per al medi ambient, podent ser reciclats o biodegradables al final de la seva vida útil. Els materials compostos elaborats estan formats per fibres de reforç de jute, cànem, lli i coco juntament amb una resina biodegradable que formarà la matriu del composite. Els estudis es realitzen a nivell de làmines i de laminats en forma de multicapes tipus sandvitx, obtenint les seues principals propietats mecàniques. El procés de fabricació per a l'obtenció de les diferents làmines i laminats de material compost es realitza pel procés d'infusió de resina. També es realitza un estudi paral¿lel amb materials composites elaborats amb els mateixos reforços, però emprant com a fase matriu resina de polièster. Aquest estudi té la finalitat de comparar els resultats obtinguts amb la matriu termostable més utilitzada a nivell industrial. Els composites obtinguts després del procés d'infusió i curat s'analitzaran de forma experimental mitjançant anàlisi estàtics i dinàmics amb la finalitat d'obtenir les principals característiques mecàniques i físiques, així com les freqüències naturals de vibració. Es realitzen anàlisis amb diversos programes informàtics per tal de verificar els resultats obtinguts. S'analitzen els composites acústicament mitjançant les càmbres de transmissió a escala que permetrà obtenir els valors d'absorció acústica i de pèrdues per transmissió. Perquè els composites es considerin materials absorbents acústics a soroll aeri, caldrà afegir com a material absorbent una làmina de llana d'ovella que presenti una alternativa mediambiental a les llanes de roca. S'analitzaran les combinacions tipus sandwich formades per diferents capes de fibra i teixit amb els diferents tipus de matrius. En una segona fase de l'anàlisi es realitzarà una comparativa entre les diferents combinacions tipus sandvitx (materials compostos amb bioresina - resina de polièster) i plaques de guix laminat, amb la finalitat d'obtenir les combinacions amb major aïllament acústic al soroll aeri. Per finalitzar es realitza un estudi de costos i comparatives de rigidesa entre les làmines de composite i les plaques de guix laminat. Els materials elaborats en aquest estudi tenen la finalitat de convertir-se en futurs materials acústics per a aplicacions en edificació o per a barreres acústiques en la construcció. / [EN] A study of innovative materials made from cellulose fiber reinforcements and biodegradable matrix has been conducted; these materials are called "green composites". These composite materials reduce the environmental impact and can be recycled or biodegraded at the end of their life span. The composite materials are constituted by reinforcing fibers of jute, hemp, linen and coconut with a biodegradable resin that will form the matrix of the composite. The analyses have been carried out at the level of layers and laminates in the form of multilayer sandwiches, obtaining their main mechanical properties. The manufacturing process for the different layers and laminates of composite material is the resin infusion process. A parallel study with composite materials made with the same reinforcements but using a matrix of polyester resin is also conducted. The purpose of this study is to compare the results obtained with the thermostable matrix mostly used in industry. The composites obtained after the infusion process are analyzed experimentally by static and dynamic analysis in order to obtain their mechanical and physical properties and their natural resonant frequencies. The results are verified through different numerical software. The composites are analyzed acoustically by the transmission chamber at scale that allows obtaining the sound absorption and transmission loss values. For the composites to be considered sound absorbing materials to airborne noise, it will be necessary to add an absorbent material, like a layer of sheep wool that presents an environmental alternative to rockwool. The sandwich combinations formed by different layers of fiber and fabric with the two types of matrices have been analyzed. In a second stage of the analysis, a comparison will be made between the different sandwich combinations (composite materials with bioresin and polyester resin) and laminated plaster boards, in order to know which material presents the highest acoustic insulation to airborne noise. Finally, a study of the cost and an evaluation of the stiffness between composite layers and laminated plaster boards is carried out. The materials analyzed in this study are intended to become future acoustic materials with applications in buildings or as acoustic barriers. / Fontoba Ferrándiz, J. (2019). Caracterización mecánico-acústica de nuevos materiales Eco-Composites para soluciones constructivas [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124815 / TESIS

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 presente proyecto de investigación consiste en la adición de dos sustancias tales como la nanoplaqueta de grafeno (NPG) y aserrín al concreto para la producción de adoquines de alto tránsito para luego verificar su resistencia a compresión, resistencia a la flexión y resistencia al desgaste por abrasión. Se elaboraron 135 adoquines de concreto para una resistencia de f’c = 420 kg/cm2. Se formaron 4 grupos de 27 adoquines con diferentes combinaciones de 0.05% NPG - 1.0% A, 0.05% NPG - 1.5% A, 0.10% NPG - 1.0% A, y 0.10% NPG - 1.5% A; las cuales estas sustancias serán sometidas primero a análisis previos tales como el análisis químico del aserrín y la dispersión de la nanoplaqueta de grafeno para posteriormente adicionarlos a la mezcla. Los resultados mostraron una alta resistencia en la combinación de 0.05% NPG - 1.0% A y 0.05% NPG - 1.5% A, son superiores al adoquín patrón en 9.58% y 3.73% respectivamente. Con respecto a la resistencia a la flexión el que presento mejores resultados es la combinación de 0.05% NPG - 1.5% A, cumpliendo con la norma. En la prueba de resistencia al desgaste por abrasión es variable debido a diversos factores como el agregado, las adiciones y/o los agrietamientos de la superficie del adoquín. / The present research project consists of the addition of two substances such as graphene nanoplatelet (NPG) and sawdust to concrete for the manufacture of high traffic pavers to subsequently verify their resistance to compression, bending and abrasive wear. A total of 135 concrete pavers with a strength of f'c = 420 kg/cm2 were manufactured. Four groups of 27 pavers were formed with different combinations of 0.05% NPG - 1.0% A, 0.05% NPG - 1.5% A, 0.10% NPG - 1.0% A, and 0.10% NPG - 1.5% A; these substances were first subjected to preliminary analyses such as chemical analysis of sawdust and dispersion of graphene nanoplatelet and then added to the mix. The results showed high strength in the combination of 0.05% NPG - 1.0% A and 0.05% NPG - 1.5% A, higher than that of the standard paver by 9.58% and 3.73%, respectively. In terms of flexural strength, the best results were obtained with the 0.05% NPG - 1.5% A combination, which complies with the standard. In the abrasion wear resistance test, it is variable due to various factors such as aggregate, additions and/or cracking of the paver surface.

En la actualidad se observa que el comportamiento de los parachoques de los vehículos sufre fisuras y aumentan los esfuerzos, ya que estos son elaborados con plásticos los cuales tienen muy baja resistencia, de tal forma que cuando sufren un impacto frontal, el vehículo termina muy afectado poniendo en riesgo la vida de las personas. Por ello, surgieron los parachoques con materiales compuestos los cuales tienen mayor resistencia que los plásticos y cercana a los metales. Por esta razón el objetivo de este trabajo es modelar y analizar un parachoques con Materiales Compuestos de Jute/Epoxi, Kenaf/Epoxi y Sisal/Epoxi utilizando las ecuaciones de la Energía Cinética, el Teorema de Cantidad de Movimiento y la Energía de Deformación, para así calcular la energía interna que se genera a la hora del impacto frontal, y realizar una comparación de los tres MC bajo la normativa GB17354-1998 y la directiva 96/79/CE del Parlamento Europeo. Además, se realizó la simulación de choque frontal del parachoques con los tres Materiales Compuestos (Jute/Epoxi, Kenaf/Epoxi y Sisal/Epoxi) propuestos en esta tesis, para así, evaluar los Esfuerzos, Deformaciones, Desplazamientos y el Factor de Seguridad mediante gráficos, utilizando el software SolidWorks. Y resultado de ello se obtuvo que el Material Compuesto de Sisal/Epoxi es el más Resistente y Seguro con respecto a los dos Materiales Compuesto (Jute/Epoxi y Kenaf/Epoxi).