Las construcciones históricas representan el legado de una nación debido a su gran importancia histórica y son generadoras de ingresos económicos por la actividad turística que atraen. En el Perú existe una gran cantidad de construcciones patrimoniales de mampostería de adobe. La fragilidad de este material y el elevado peligro sísmico en nuestro país hacen que la conservación y preservación es estas estructuras sean de gran importancia. Para ello es necesario conocer las propiedades mecánicas del material que compone su sistema estructural. La dificultad para obtener dichas propiedades radica en que las construcciones históricas no permiten que se ejecute intervenciones que dañen el patrimonio mediante ensayos destructivos. Por ello, los ensayos no destructivos y semi destructivos se adecúan a este tipo de estructuras. El ensayo de flat jack es un procedimiento semi destructivo que consiste en simular el ensayo de compresión simple en una sección de mampostería de la estructura. Es necesario retirar una porción de junta de mortero para insertar los flat jacks, que son planchas de acero soldadas, y poder suministrar presión mediante una bomba hidráulica. Las deformaciones en la sección a ensayarse son monitoreadas durante el ensayo. Con este ensayo es posible conocer el estado de tensiones de un área local de la estructura, el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson de la mampostería de la estructura. El principal objetivo de esta tesis de investigación es conocer el comportamiento mecánico de construcciones de adobe. Para ello, se realiza una campaña experimental del ensayo de flat jack sobre dos muros de mampostería de adobe y ladrillo artesanal. Adicionalmente se obtuvieron las propiedades mecánicas de prismas de adobe y ladrillo artesanal mediante el ensayo a compresión simple con el objetivo de comparar resultados con los obtenidos por el ensayo de flat jack. Finalmente, se determinó el comportamiento mecánico del caso de estudio de la iglesia Virgen de la Asunción de Sacsamarca mediante el ensayo de flat jack. Los resultados obtenidos muestran que el ensayo de flat jack es adecuado para determinar las propiedades mecánicas de estructuras de adobe existentes. El daño generado por el ensayo en las junta de mortero fue temporal y fácilmente reparable rellenando las hendiduras con material de características similares al original. / Tesis

En la presente tesis, se estudió la influencia de la anisotropía y la humedad en las propiedades mecánicas a la tracción y la resistividad volumétrica de los compuestos de Acrilonitrilo Butadieno Estireno reforzado con Nano Tubos de Carbono y Acrilonitrilo Butadieno Estireno reforzado con Micro Fibras de Carbono impresos en 3D de por Deposición de Material Fundido. Para estudiar la influencia de la anisotropía, tres diferentes orientaciones de impresión de capa fueron comparadas (0°, 45° and 45°/-45°) esto para una altura de capa de 0.2 mm. Se concluyó que la influencia de la anisotropía es importante para el comportamiento mecánico de el Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Micro Fibras de Carbono esto debido a la relación que existe entre la resistencia que realiza el refuerzo y el alineamiento que presentan las fibras respecto a la dirección de tracción. Por otro lado, no se encontraron mayor influencia de la anisotropía en las propiedades mecánicas del Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Nano Tubos de Carbono. En la resistividad volumétrica para el Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Nano Tubos de Carbono no se encontró mayor variación en los resultados debido a la anisotropía de las capas. El Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Micro Fibras de Carbono no pudo ser ensayado debido a la alta resistividad que el material presentó. Para estudiar la influencia de la humedad, dos condiciones del filamento se compararon: seco y expuesto a la humedad. Se concluyó que la influencia de la humedad en el filamento es también importante en el comportamiento mecánico a la tracción del Acrilonitrilo Butadieno Estireno con Micro Fibras de Carbono esto debido a que la humedad absorbida por el filamento se elimina a través de burbujas de vapor que explosionan durante la impresión 3D empobreciendo así la adherencia entre la fibra y la matriz polimérica. Por otro lado, no se encontró tampoco mayor influencia en el comportamiento mecánico a la tracción del Acrilonitrilo Butadieno Estireno reforzado con Nano Tubos de Carbono debido a la humedad. En la resistividad volumétrica, se encontró que la humedad influye más en los resultados que la anisotropía, pero no llega a ser una influencia considerable. Esta influencia se debe principalmente a estructura menos uniforme que presenta el sólido impreso debido a las alteraciones producto de las explosiones de burbujas de vapor para eliminar la humedad absorbida como se mencionó anteriormente. / In the present thesis, the influence of anisotropy and humidity in the tensile properties and electrical volume resistivity of Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes and Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers manufactured by Fused Deposition Modeling 3D printing was studied. To study the influence of the anisotropy three different layer printing orientations were compared (0°, 45° and 45°/-45°) in a layer height of 0.2 mm. It was concluded that the influence of anisotropy is important on Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers tensile behavior due to relation that exist between the performance/resistance and the alignment of the reinforcement. On the other hand, no significant influence was found on the Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes. On the electrical volume resistivity, no significant variation was found on the Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes by the anisotropy of the layers. Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers could not be essayed because of the high resistance of the composite. To study the influence of the humidity, two conditions on the filaments of the materials in study were compared: dry and moisture exposed. It was concluded that the influence of humidity is also remarkable on Acrylonitrile Butadiene Styrene/Micro Carbon Fibers tensile behavior because the humidity absorbed by the filaments is removed through vapor bubble blast during the 3D printing that impoverishes the adherence between the fibers and the matrix. On the other hand, no significant influence was again found on the Acrylonitrile Butadiene Styrene/Carbon Nanotubes. On the electrical volume resistivity, the humidity influences more this attributed to the less uniform structure the specimens printed with moisture exposed filaments have because of the steam explosions mentioned before. / In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Anisotropie und Feuchtigkeit in den Zugeigenschaften und dem elektrischen Volumenwiderstand von Acrylnitril- Butadien-Styrol/Kohlenstoffnanoröhren und Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser, hergestellt durch Schmelzschichtung Modellieren 3D-Druck, untersucht. Um den Einfluss der Anisotropie zu untersuchen, wurden drei unterschiedliche Schichtdruckorientierungen (0 °, 45 ° und 45 ° / -45 °) in einer Schichthöhe von 0,2 mm verglichen. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Anisotropie bei Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser zugverhalten aufgrund der Beziehung zwischen der Leistung / dem Widerstand und der Ausrichtung der Bewehrung wichtig ist. Auf der anderen Seite wurde kein signifikanter Einfluss auf die Acrylnitril- Butadien-Styrol/Kohlenstoffnanoröhren gefunden. Bei dem elektrischen Volumenwiderstand wurde keine signifikante Variation auf der Acrylnitril-Butadien-Styrol/Kohlenstoffnanoröhren durch die Anisotropie der Schichten gefunden. Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser konnte wegen der hohen Beständigkeit des Verbundwerkstoffes nicht aufgeschrieben werden. Um den Einfluss der Feuchtigkeit zu untersuchen, wurden zwei Bedingungen auf den Filamenten der Materialien in der Studie verglichen: trocken und Feuchtigkeit ausgesetzt. Es wurde festgestellt, dass der Einfluss der Feuchtigkeit auch bei Acrylnitril-Butadien-Styrol/Mikro Kohlefaser-Zugverhalten bemerkenswert ist, da die von den Filamenten absorbierte Feuchtigkeit durch Dampfblasenblasen während des 3D-Druckens entfernt wird, was die Haftung zwischen den Fasern und der Matrix verarmt. Auf der anderen Seite wurde auf der Acrylnitril-Butadien- Styrol/Kohlenstoffnanoröhren kein signifikanter Einfluss gefunden. Bei dem elektrischen Volumenwiderstand beeinflusst die Feuchtigkeit mehr, was auf die weniger einheitliche Struktur zurückzuführen ist. Die mit feuchtigkeitsbelichteten Filamenten bedruckten Proben haben wegen der zuvor erwähnten Dampfexplosionen. / Tesis

Proyecto de investigación 2017-2019, financiado por la Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas (UPC).

Ingeniera Civil Mecánica / Los materiales compuestos de matriz termoplástica reforzada con partículas de cobre son atractivos por la versatilidad dada por el polímero y el poder antimicrobiano dado por el cobre. Estos sistemas tienen potenciales aplicaciones en diferentes industrias, como la médica, de alimentos, tecnológica y aeronáutica, por nombras algunas. Al pensar en su utilización en un producto, es necesario el conocimiento de las propiedades mecánicas, campo de estudio en donde hay mucho que discutir y profundizar. El objetivo de este trabajo, es estudiar el comportamiento mecánico de materiales compuestos de matriz termoplástica reforzada con partículas de cobre. Se utilizaron tres tipos de matrices poliméricas de diferente morfología: HDPE y otras tipo LLDPE (identificadas como Engage 1 y 2); tres tipos de refuerzo de cobre de diferentes; y a cuatro porcentajes de carga volumétrica: 0,5, 1, 2 y 4% para cada matriz. Los materiales compuestos se fabricaron por medio de mezclado en fundido, y, a través de la realización de ensayos de tracción, se estudió el módulo de Young y la predictibilidad de modelos específicos para esta propiedad, el alargamiento a la rotura; y la resistencia a la tracción. De los resultados se obtuvo que el torque de mezclado disminuyó con el tiempo de ensayo para todos los materiales. Esto se atribuyó a la reducción de la fricción interna del material, debido al deslizamiento de las cadenas del polímero sobre la superficie de partículas de cobre, dado la nula interacción entre ambos. Respecto a las propiedades mecánicas, para todos los materiales, al aumentar la carga volumétrica se produjo un aumento del módulo de Young respecto a la matriz pura, resultado que no fue predicho por el modelo de Halpin Tsai, por ser insuficiente a la hora de integrar todos los fenómenos ocurridos durante la tracción. De los resultados SEM, se obtuvo diferencias en las macro morfologías de fractura según el tipo de matriz, atribuido a la diferencia de rigidez entre ellas. Además se observaron aglomerados de cobre distribuidos uniformemente en la matriz, lo que permitió la aplicación del modelo de agregación primaria (MAP) para el módulo de Young. Este modelo reprodujo los resultados experimentales mejor que el de Halpin Tsai, pero sin predecirlos completamente. Mientras que los materiales de HDPE y Engage 1 disminuyeron su alargamiento, al aumentar la carga volumétrica de cobre, para el Engage 2 esta propiedad se vio muy poco afectada. La tendencia general en todos los materiales fue al aumento de la resistencia a la tracción y a la baja en la tenacidad; sin embargo, para la matriz más elastomérica (Engage 2), se obtuvo un importante aumento de la tenacidad con la inclusión de cobre. Por medio de la realización de ensayos de termogravimetría, se determinó que la temperatura de degradación de los materiales supera los 300ºC, lo que confirma la no degradación de los materiales durante el mezclado a 190 ºC. Quedó en evidencia el efecto catalítico del cobre en las reacciones de degradación del material, disminuyendo la temperatura de degradación máxima de los mismos, al aumentar la carga volumétrica de cobre. La masa residual de estos ensayos aumenta con la carga de cobre, superando el porcentaje en peso de cobre agregado en la fabricación del material.

TÍTULO: Funcionalización de nanomateriales de carbono: Propiedades optoelectrónicas de nanotubos de carbono y aplicaciones de nanopartículas de diamante en catálisis y biocatálisis. INTRODUCCIÓN: En las últimas décadas los nanomateriales han adquirido gran importancia debido a su repercusión en la sociedad. De entre los nanomateriales, aquellos basados en carbono se encuentran entre los más estudiados por sus potenciales aplicaciones. La presente tesis doctoral se ha centrado en la funcionalización de dos de los nanomateriales basados en carbono más prometedores: los nanotubos de carbono de pared única (SWCNT) y las nanopartículas de diamante (npD). RESULTADOS: En conjunto los trabajos descritos en la presente tesis demuestran que la funcionalización los SWNT puede modificar las propiedades fotoquímicas de los mismos y que los materiales resultantes presentan diferentes respuestas frente a estímulos luminosos. Por otra parte el método descrito para la purificación de nanopartículas de diamante presenta ventajas a la hora de funcionalizar de forma eficiente este nanomaterial, mejorando sus propiedades y las de sus derivados. Estas mejoras se traducen en la mayor actividad de catalizadores y biocatalizadores que usan como soporte este tipo de nanopartículas. CONCLUSIONES: En conjunto los trabajos descritos en la presente tesis demuestran que la funcionalización los SWNT puede modificar las propiedades fotoquímicas de los mismos y que los materiales resultantes presentan diferentes respuestas frente a estímulos luminosos. Por otra parte el método descrito para la purificación de nanopartículas de diamante presenta ventajas a la hora de funcionalizar de forma eficiente este nanomaterial, mejorando sus propiedades y las de sus derivados. Estas mejoras se traducen en la mayor actividad de catalizadores y biocatalizadores que usan como soporte este tipo de nanopartículas. / Martín González, R. (2011). Funcionalización de nanomateriales de carbono: Propiedades optoelectrónicas de nanotubos de carbono y aplicaciones de nanopartículas de diamante en catálisis y biocatálisis [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11099

Presenta un estudio sistemático de las propiedades ópticas de películas delgadas de a-SiC y a-SiC:H, crecidas en una atmósfera de argón e hidrógeno con la técnica pulverización catódica de radiofrecuencia. La caracterización óptica es realizada a través de medidas espectroscópicas de transmisión UV/VIS/NIR en incidencia normal. El espesor, índice de refracción y coeficiente de absorción de las películas son calculados a partir de estos espectros de transmitancia. El ancho de banda es determinado usando diferentes modelos del coeficiente de absorción. Asimismo, se reporta la existencia del foco de Urbach de las películas estudiadas. Se han encontrado dos caminos para mejorar las propiedades ópticas de las películas: la saturación de los enlaces libres con la incorporación de hidrógeno y una temperatura óptima del tratamiento térmico a 400 °C.

En el presente trabajo de tesis se presenta el estudio de las propiedades ópticas y electroquímicas de las películas delgadas de carburo de silicio amorfo y carburo de silicio amorfo hidrogenado. Las películas fueron fabricadas mediante la técnica de pulverización catódica de radiofrecuencia en una atmosfera de argón e hidrógeno sobre sustratos de silicio y de sílice fundida. Se evaluó el impacto de hidrógeno al introducir un flujo de 3 sccm durante el proceso de deposición de las películas de a-SiC y el impacto de un tratamiento químico, antes y después de la inmersión de las películas delgadas de a-SiC y a-SiC:H en una solución de ácido sulfúrico 1M durante 96 horas. Se utilizaron métodos y modelos apropiados para recuperar el índice de refracción, el coeficiente de absorción, el espesor, la energía de Urbach y el ancho de banda de las películas delgadas, a partir de mediciones de transmitancia óptica por espectroscopia UV-VIS. El efecto de la superposición de las colas de Urbach en la región de absorción fundamental solo es tomado en consideración por el modelo de fluctuaciones de banda, por lo cual se considera que los valores del ancho de banda determinados por este modelo son más precisos. Las propiedades vibratorias de los diferentes enlaces que forman las estructuras de a-SiC y a-SiC:H se obtuvieron a partir de mediciones de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier. Con el ingreso de hidrógeno, se revela la aparición de los picos de Si-CH, Si-H y C-H, adicionales a los picos de Si-O y Si-C característicos de a-SiC. Luego del tratamiento químico, se reporta el inicio de un proceso de oxidación en ambas estructuras, siendo verificado a partir de la densidad de enlaces y de la aparición de 4 picos en la región de 790 cm-1 – 1200 cm-1 para el a-SiC. La interfaz semiconductor – electrolito se caracterizó a partir de mediciones de espectroscopia de impedancia electroquímica. Los diagramas de Nyquist revelan la contribución de la región de espacio de carga del SiC y de la capa de óxido nativo que se forma sobre el SiC. Las contribuciones capacitivas y resistivas de las muestras se evaluaron a partir de la obtención de un circuito equivalente que representa los sistemas estudiados

Ingeniero Civil Químico / El desarrollo y estudio de los materiales compuestos con nanopartículas de carbono ha crecido en las últimas décadas debido al aumento en las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de la matriz polimérica a bajas concentraciones de carga. Entre las nanopartículas se destacan los nanorellenos a base de carbono, específicamente los nanotubos de carbono y el grafeno dada la gran versatilidad de aplicaciones en las que estos materiales pueden ser utilizados, por ejemplo, en la elaboración de sensores piezoeléctricos. Estos dispositivos están formados por una matriz polimérica aislante y nanopartículas conductoras y son capaces de cambiar sus propiedades eléctricas debido a la deformación que el sensor experimenta, lo que ha motivado un extenso estudio en el área de la nanotecnología y ciencias de los materiales. El objetivo de este estudio es analizar el efecto de la matriz, la carga y el tipo de partícula sobre el cambio de las propiedades eléctricas de compuestos de copolímero de etileno con nanopartículas de carbono al ser deformados por tracción, implementando un sistema de medición en-línea mediante un microprocesador. De forma complementaria se busca caracterizar a los sensores analizando sus propiedades mecánicas, eléctricas y otros parámetros de interés, como por ejemplo la temperatura de fusión. Los sensores fueron preparados por medio de mezclado en fundido y las matrices elastoméricas utilizadas fueron dos copolímeros de etileno con buteno (engage 1 y engage 2), utilizando nanotubos de carbono (CNT) comerciales y Óxido de Grafeno Térmicamente Reducido (TrGO) sintetizado de acuerdo al método de Hummers. Como principal resultado se logró observar el efecto de la matriz, la carga y el tipo de partícula sobre el cambio de la conductividad eléctrica de los sensores desarrollados. Los nanocompuestos más sensibles son los que tienen menor cantidad de relleno, en efecto, los sensores elaborados con engage 1 con 6.61%vol. y 7.65%vol. de CNT alcanzan una resistencia eléctrica relativa de 200 y 170% respectivamente, mientras que en el engage 2 el cambio es de 70 y 40%. Para las mismas concentraciones de cargas los sensores más sensibles son los elaborados con la matriz engage 1. Por otra parte los sensores cargados con TrGO alcanzan resistencias relativas de 2500 y 250% para concentraciones de 9.0 y 10%vol. respectivamente, concluyendo que estos nanocompuestos son más sensibles en relación a los cargados con CNT. Se logró sintetizar TrGO, comprobando mediante análisis DRX la adecuada exfoliación de las láminas de grafeno. Se verificó que la incorporación de las partículas a la matriz polimérica aumenta la rigidez del material entre un 15 y 326%, y disminuye el alargamiento a la rotura. Respecto a las propiedades eléctricas se comprobó el comportamiento del compuesto de acuerdo a la teoría de percolación, destacándose los puntos de percolación obtenidos: 2.4%, 4.6% y 6.6%vol. para el engage 1 con CNT, engage 2 con CNT y engage 1 con TrGO respectivamente. Los cambios en las propiedades eléctricas de los sensores desarrollados permiten utilizar el efecto piezoeléctrico en diversas aplicaciones para poder medir alguna propiedad física como presión, velocidad y fuerza, y en base a este estudio es posible controlar la sensibilidad del sensor modificando la matriz, la concentración de carga y/o el tipo de nanopartícula.

Tesis entregada a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los Requisitos para optar al Grado de Magíster en Ciencias Químicas. / Se realizó un estudio de las propiedades electrónicas y geométricas de moléculas de ftalocianina libre H2Pc y ftalocianina de oro AuPc depositadas sobre una superficie metálica de oro representada mediante un cluster de 26 y 58 átomos respectivamente, usando la metodología de teoría de funcionales de la densidad. Mediante la inclusión de una corrección semi-empírica para dar cuenta de las fuerzas de dispersión, la metodología D3, se mostró que la interacción entre las moléculas y la superficie está regida por fuerzas atractivas de tipo van der Waals, que determinan la estabilización de los sistemas estudiados, así como sus propiedades geométricas que se evidencia en la disminución de la distancia molécula-superficie. Esto se fundamenta tanto en el análisis de las energías de interacción como en la visualización de las fuerzas de dispersión mediante la metodología NCI. Cálculos de Densidad de Estados muestran que los sistemas molécula-superficie exhiben una estructura electrónica de interfase metal-orgánica, lo que provee evidencia de que el modelo de cluster es viable en la aproximación supermolécula para el estudio de fenómenos de superficie. También se analizó la capacidad electrocatalítica del sistema AuPc y se observó que reproduce la tendencia de los sistemas experimentales con configuraciones electrónicas similares. / A study of the electronic and geometric properties of metal-free phthalocyanine H2Pc and gold phthalocyanine AuPc deposited over a gold metallic surface represented by a cluster of 26 and 58 atoms respectively, using the density functional theory methodology. Through the inclusion of a semi-empirical correction to take into account the dispersion forces, the D3 methodology, it has been shown that the interaction between molecules and surface is ruled by van der Waals attractive forces, which determine the stabilization of the studied systems and their geometric properties, demonstrated by the dropping of the molecule-surface distance. This is explained by the analysis of the interaction energies and by the visualization of dispersion forces by means of the NCI methodology. Calculations of Density of States show that molecule-surface systems display a metalorganic interface electronic structure, which provides evidence for the cluster model as a feasible one in the supermolecule approximation for the study of surface related phenomena. Also, the electrocatalytic behavior of the AuPc system was analyzed and it was observed that it reproduces the experimental tendencies of systems with similar electronic configurations. / Fondecyt Regular N° 1140503 y N° 1180158.

En las últimas décadas se han ido desarrollando nuevas tecnologías las cuales demandan a las ciencias e ingenierías nuevos materiales con múltiples propiedades, que se adecuen y estén a la altura de los nuevos avances. Es así como se han comenzado a estudiar los materiales con estructura de perovskita, que han demostrado poseer una gran variedad de propiedades, dependiendo de su composición. Una de esas propiedades es la ferroleasticidad, fenómeno que demuestra un comportamiento no lineal en la deformación elástica del material y que se encuentra presente en los óxidos metálicos de lantanio, con estructura de perovskita, como el LaCoO3, LaAlO3, LaFeO3. Cuando se habla del comportamiento no lineal de la deformación elástica en las perovskitas, se hace alusión a que estos materiales al ser perturbados por un esfuerzo, cambian su estructura interna, ocurriendo una reordenación y reorientación de sus dominios cristalinos(lo que se denomina cambio de fase), para poder minimizar la energía de la deformación pro bocada, sin embargo estos cambios van generando pequeñas tensiones dentro del material y por ende un comportamiento no lineal de su deformación. Para poder comprender mejor este fenómeno, lo que se hace actualmente son ensayos de compresión uniaxial para obtener sus curvas de esfuerzo-deformación y analizar su curva de carga, determinando de esta forma el esfuerzo crítico en el cual ocurre el cambio de fase del material. En estudios resientes, se han reportado otras posibilidades de evaluar las características ferroelásticas de las perovskitas, entre ellas se encuentra la indentación esférica, con la cual se ha podido determinar el esfuerzo critico de cambio de fase, analizando sus curvas de esfuerzo-deformación. Otro método de identación ampliamente ocupado en la determinación de características mecánicas es el ensayo de identación plana, el cual presenta mayores ventajas sobre los dos métodos antes mencionados, ya que al presentar un área de contacto pequeña y casi constante, se obtiene esfuerzos constantes para cargas constantes, simplificando así los análisis teóricos. A partir de los datos obtenidos experimentalmente, y de sus curvas características, es posible obtener la resistencia al contacto, con la cual se pueden determina otras características mecánicas, como el esfuerzo crítico de cambio de fase. Finalmente en este estudio, se investigarán las propiedades ferroelásticas del LaCaO3, mediante dos metodologías, la compresión de barras y la indentación de discos, de donde se obtendrán las medidas de deformación del material y la carga ejercida.