Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Mecánica / Ingeniero Civil Mecánico / En mecánica de medios continuos se estudian distintas relaciones entre esfuerzos y deformaciones que son usualmente denominadas ecuaciones constitutivas. Las ecuaciones constitutivas clásicas para la elasticidad no lineal son las de los sólidos elásticos de Cauchy y de Green, que se muestran en las ecuaciones i.1, en dónde S es el tensor de esfuerzos nominal, F es el gradiente de deformación, W es la energía de deformación y g es un funcional. S=g(F), ∂W/∂F=S. i.1 El tema de investigación de esta tesis se enfoca en estudiar un nuevo tipo de ecuación constitutiva que ha sido desarrollada recientemente. A diferencia de las ecuaciones i.1, el nuevo tipo de ecuación constitutiva se basa en escribir la deformación en función de los esfuerzos. Este tipo de ecuación permite, entre otras cosas, el análisis de materiales en los cuales puede suceder que los esfuerzos se eleven en grandes magnitudes pero no así la deformación. La ecuación i.2 muestra la relación, en dónde ε es el tensor de deformación caso lineal (infinitesimal), T es el tensor de esfuerzos de Cauchy y f es un funcional: ε=f(T). i.2 La presente tesis se centra en el estudio de dicha ecuación en dos áreas de investigación. Primero se estudia un caso simplificado de i.2 para el cual se tiene un comportamiento bilineal , en dónde la relación entre ε y T es lineal por tramos. Interesa en particular que el segundo tramo sea tal que el incremento en ε es muy pequeño, para grandes variaciones de T. Considerando dicha forma simplificada para f(T), se resuelven varios problemas de valor de frontera de forma exacta y semi-exacta . En segundo lugar se realiza un análisis de estabilidad (inestabilidad) para un medio semi-infinito considerando la ecuación constitutiva i.2, y una expresión para f que muestre un límite para la deformación. Los resultados obtenidos para los problemas de valor de frontera y el análisis de estabilidad elástica se comparan con resultados conocidos de la teoría de la elasticidad lineal.

El hormigón es considerado el material de construcción tradicional por excelencia en el mundo. Sin embargo, existe una demanda de avances tecnológicos en respuesta a los nuevos requisitos innovadores [1], basados tanto en cuestiones de sostenibilidad como en criterios de seguridad. Los compuestos de hormigón multifuncionales son una nueva generación de materiales que proporcionan a las infraestructuras, la capacidad de desarrollar ellas mismas simultáneamente nuevas funciones, además del papel estructural habitual [2], [3]. Cuando los materiales con estas funciones producen una variación de señal que podría ser detectada por un dispositivo externo, también son denominados materiales inteligentes. Una aplicación clave de los materiales inteligentes se encuentra en los sistemas de monitorización estructural (SHM), que es posible gracias a sus propiedades intrínsecas de autodetección, también conocidas como propiedades piezorresistivas [4]–[7]. Esta tesis se ha desarrollado dentro del marco del proyecto europeo MASTRO “Intelligent bulk MAterials for Smart TRanspOrt industries” cuyo objetivo general ha sido desarrollar materiales inteligentes con capacidad de autorespuesta para el sector del transporte, en particular, para la industria aeroespacial, infraestructuras y automoción. Se trata de un proyecto financiado por el programa Horizonte 2020 de la Comisión Europea, con un presupuesto de casi 6 millones de € para un consorcio de 16 participantes, entre ellos el grupo de investigación del departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Alicante y liderado por la multinacional española ACCIONA. Esta tesis se presenta como compendio de publicaciones y queda estructurada en cuatro secciones. La Sección Inicial constituye la sección de Síntesis y está formada por cuatro apartados. En primer apartado, se realiza una introducción, a través del estado del arte y la revisión de la literatura relacionada más reciente. En el segundo apartado se exponen los objetivos y la estructura de la tesis. En el tercer apartado de la síntesis se desarrolla el procedimiento experimental llevado a cabo y se estudia el efecto de las adiciones conductoras y los tratamientos superficiales a través de dos estudios paralelos. En el cuarto y último apartado de la síntesis se caracterizó la respuesta piezorresistiva del material para diferentes condiciones de humedad y temperatura. La segunda sección bajo el nombre de Trabajos publicados reproduce la versión íntegra de los dos artículos publicados incluyendo las referencias bibliográficas de cada uno de ellos. En el primer artículo, se han llevado a cabo diferentes tratamientos de oxi-dación basados en el uso de H2SO4-HNO3, O3 y O3 seguidos de NaOH (O3-NaOH) para promover la funcionalización de la superficie de los NTC, siendo el objetivo principal evaluar la influencia del tipo de tratamiento y el grado de oxidación alcanzado en las propiedades mecánicas y eléctricas, y en la función de percepción de la deformación de la pasta de cemento. Este tra-bajo ha sido publicado en la revista Nanomaterials (Q1), en abril de 2020 y ha surgido de la colaboración del equipo de profesores de la Universidad de Alicante que trabaja en la línea de investigación de Hormigones Conductores Multifuncionales junto con la empresa de base tecnológica Applynano So-lutions S.L. En el segundo trabajo publicado se ha estudiado la respuesta piezorresistiva de pasta de cemento conductora con adición híbrida con NTC y PG bajo diferentes condiciones ambientales. El estudio se llevó a cabo en probetas de 4x4x16 cm3. Se probó la respuesta piezorresistiva a diferentes temperaturas (entre 0 °C y 60 °C) y se estudió la influencia del contenido de humedad interna a diferentes grados de saturación de agua (GS), primero con muestras saturadas (100% GS) y secando progresivamente hasta que las muestras estuvieron totalmente secas (0% GS). Ambos estudios fueron diseñados para dar una amplia gama de condiciones externas, con el fin de simular escenarios de servicio reales para los sensores desarrollados. El artículo se ha publicado en la revista Construction and Building Materials (Q1) en febrero de 2021. La tercera sección como Trabajos no publicados se incluye un apartado con los estudios llevados a cabo sobre la aplicación práctica de la función de percepción en tres estructuras reales no conductoras de hormigón y mampostería, mediante sensores de deformación adheridos a la superficie de los mismos. Por último, se incluye un apartado con los estudios llevados a cabo en elementos fabricados íntegramente por hormigones híbridos conductores. Actualmente se están redactando 2 artículos relativos a estos estudios. En último lugar, la Cuarta Sección pone fin al trabajo presentando las Conclusiones generales y las vías de trabajo futuras que se proponen a la luz del conjunto de resultados aportado. Para su consulta también se incluyen las referencias de búsqueda. / Trabajo financiado por el proyecto EUROPEO “Grant Agreement number 760940 MASTRO (Intelligent bulk MAterials for Smart TRanspOrt industries)”.

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.