Nowadays cancer is a devastating illness, so its early diagnosis could represent a powerful advantage in the struggle to eradicate it. The most recent technologies allowed the development of sensing platforms that led to the improvement of diagnosis processes, making it possible to detect tumor markers at very low concentrations. However, there are very few applications that measure analytes of clinical interest in real samples with such low concentrations, with the minimum number of pretreatment steps, and with the possibility of performing parallel tests and in real time. To this purpose, in this doctoral work I developed a platform that combines the most recent advances in plasmonics, microfluidics, nanofabrication and surface chemistry to obtain a highly sensitive and specific biosensing device that is able to detect analyte concentrations of a few ng/mL, with the highest precision and accuracy possible. This device is composed of highly-sensitive nanostructured Localized Sufarce Plasmon Resonance (LSPR) sensors integrated in the microchannels of a microfluidic chip. This Lab-on-a-Chip (LOC) is integrated in an optical platform that allows us to monitor the signals coming from the biorecognition processes that take place on the surface of the LSPR sensors. These sensors are functionalized with a highly selective chemistry that allows the immobilization of the receptors that will detect specifically and selectively the analytes we are interested in. Regarding the sensor, we describe the nanofabrication technique used to build the sensor as well as the study of different systems and the tests that led to choose an ensemble of gold nanorods as the ultra-sensitive sensing element of the platform. We list all the steps we followed in the preparation of the microfluidics devices and the operation protocols of the final LOC. Lastly, we present a wide study, even though preliminar, of different functionalization methodologies to anchor the receptor. We initially performed optimizations and a proof-of-principle test by using an antibody system whose interaction is known as it is an IgC/anti-IgC system for both methodologies. We chose the optimal chemistry based on these results to apply it in the preliminary studies for the detection of tumor markers of high relevance for different types of cancer, such as the prostate-specific antigen (PSA), the alpha-fetoprotein (AFP) and other systems of interest. The obtained results are really promising, as we can detect and quantify these analytes in a very precise way with very low concentration (few ng/mL) in complex matrices like human serum. The platform allows us to detect concentrations and obtain levels of quantification that are comparable to the normal values for blood reported for the analysed systems: this guarantees a promising future for early diagnostics in such systems. Furthermore, we validated these results with techniques, like ELISA, that are widely used for these kind of studies. The work described in this doctoral thesis is an important and big advance in the development of a new generation of ultra sensitive tools that allow the early detection of very low concentrations of tumor markers: this represent an important progress in cancer diagnosis and treatment, as a consequence, a big step forward towards its complete eradication. / El cáncer constituye hoy en día una enfermedad devastadora, cuyo diagnostico precoz representaría una poderosa ventaja en los tratamientos para erradicarla. Las más recientes tecnologías, han permitido el desarrollo de plataformas de sensado que han permitido ir mejorando los procesos de diagnósticos, pudiendo detectar concentraciones de marcadores tumorales, a una muy baja concentración, sin embargo no existen muchas aplicaciones que midan analitos de interés clínico en muestras reales a estos niveles, con los mínimos pasos de pretratamiento y con la posibilidad de realizar ensayos paralelos y en tiempo real. En este sentido, en este trabajo doctoral, se ha desarrollado una plataforma que combina los últimos avances en plasmónica, microfluídica, nano-fabricación y química de superficie para obtener finalmente un dispositivo de biosensado altamente sensible y específico capaz de detectar concentraciones de analitos de unos pocos ng/mL, con la mayor precisión y exactitud posibles. Este dispositivo está conformado por sensores LSPR nanoestructurados altamente sensibles, integrados en microcanales de un chip microfluídico. Este Lab-on-a-Chip (LOC), está integrado con una plataforma óptica que permite el monitoreo de las señales provenientes de los procesos de bioreconocimiento que se dan lugar sobre la superficie de los sensores LSPR. Estos sensores están funcionalizados con una química altamente selectiva que permite la inmovilización de los receptores que detectarán específica y selectivamente a los analitos de interés. Para el caso del sensor, se describe el método de nano-fabricación empleado así como también el estudio de diversos sistemas y los ensayos que llevaron finalmente a escoger un conjunto de Nanocilindros de oro como elemento sensor ultrasensible de la plataforma. Así mismo todos los pasos seguidos en la elaboración de los dispositivos microfluídicos y los protocolos de operación del LOC final. Por último se presenta un amplio estudio, aunque preliminar, de diversas metodologías de funcionalización para el anclaje del receptor. Se realizarón inicialmente optimizaciones y la prueba de concepto empleando un sistema de anticuerpos cuya interacción es conocida como lo es un sistema IgG/anti-IgG para ambas metodologías. Finalmente basados en esos resultados, se eligió la química más óptima para la aplicarla en los estudios iniciales para la detección de marcadores tumorales de gran relevancia relacionados con diversos tipos de cáncer, como el antígeno específico de Próstata (PSA), la alfafeto proteína (AFP) y otros sistemas de interés. Los resultados alcanzados son realmente prometedores, llegando a poder detectar y cuantificar estos analitos de manera muy precisa en muy bajas concentraciones (del orden de pocos ng/mL) en matrices complejas como el suero humano. Las concentraciones que se pudieron detectar y los límites de cuantificación obtenidos con la plataforma están al nivel de los valores normales en sangre reportados para los sistemas estudiados, lo que representa un futuro prometedor en el diagnóstico precoz de los mismos. Así mismo estos resultados fueron validados empleando técnicas como ELISA, que representa una técnica universal ampliamente utilizada en este tipo de estudios.El trabajo realizado en esta tesis doctoral finalmente constituye un importante y gran avance en el desarrollo de nuevas herramientas de última generación ultrasensibles que permitan la detección temprana de muy bajas concentraciones de marcadores tumorales que van asociados al cáncer, constituyendo un importante avance en el diagnóstico de la enfermedad y por ende en los tratamientos existentes que pudiesen erradicarla por completo.

L’alteració dels materials constructius es deguda principalment a les condicions climàtiques i als contaminants ambientals. Dins dels diversos processos de degradació que poden afectar la pedra, emprada tant com material estructural com decoratiu, aquest treball es centra en la desintegració superficial. El tractament de conservació utilitzat per a la recuperació de la cohesió superficial de la pedra es la consolidació. L’objectiu d’aquest treball es sintetitzar i avaluar l’aplicació de consolidants efectius i compatibles amb la pedra calcària. La compatibilitat és actualment un concepte de gran importància en els tractaments de conservació, per tal de mantenir la màxima estabilitat i durabilitat del tractament i per evitar que es modifiquen les propietats hídriques del suport y la creació d’estrès i envelliment diferencial. Dos tipus de consolidants compatibles han estat proposats. El primer es basa en suspensions de nanopartícules de calç, en base alcohòlica i en base aquosa. La síntesi ha estat realitzada en microemulsions micel·lars inverses, millorant finalment la penetració del producte en la seva aplicació. La síntesi del segon consolidant consisteix en la formació de hidroxiapatatita mitjançant el procés de sol-gel. La investigació de nous precursors de reacció i la optimització del procés han portat a obtenir un producte amb resultats molt favorables en la seva aplicació. El tractament amb els consolidants sintetitzats ha estat avaluat en comparació amb altres dos consolidants comercials, sobre pedres envellides artificialment i sobre morters de calç pintats. En la valoració dels assajos realitzats, les propietats petrofísiques, mecàniques i estètiques de la pedra han estat considerades. / La alteración de los materiales constructivos se debe principalmente a las condiciones climáticas y a los contaminantes ambientales a los que se enfrenta. De entre las diversas formas de degradación que puede sufrir la piedra, empleada como material estructural o decorativo, este trabajo se centra en la desintegración superficial. El tratamiento de conservación recomendado para la recuperación de la cohesión superficial de la piedra es la consolidación. El objetivo de este trabajo es sintetizar y evaluar la aplicación de consolidantes efectivos y compatibles con la piedra calcárea. La compatibilidad es actualmente un concepto de gran importancia en los tratamientos de conservación. Con ello se pretende mantener la máxima estabilidad y durabilidad del tratamiento y evitar que se modifiquen las propiedades hídricas del soporte y la creación de stress y el envejecimiento diferencial. Se han propuesto dos tipos de consolidantes compatibles. El primero de ellos basado en suspensiones de nanopartículas de cal, en base alcohólica y en base acuosa. La síntesis se ha realizado en microemulsiones de micelas inversas, mejorando la penetración del producto en la aplicación final. La síntesis del segundo consolidante consiste en la formación de hidroxiapatita mediante el proceso de sol-gel. La investigación de nuevos precursores de reacción y la optimización del proceso han llevado a obtener un producto con resultados prometedores en su aplicación. El tratamiento con los consolidantes sintetizados ha sido evaluado en comparativa con otros dos consolidantes comerciales, sobre piedras envejecidas artificialmente y sobre morteros de cal pintados. En la valoración de los ensayos realizados se ha tenido en cuenta las propiedades petrofísicas, mecánicas y estéticas de la piedra. / The key factors in building material degradation are climatic conditions and atmospheric pollutants. Although there are the many processes which can alter stone in either a structural or decorative context, superficial disintegration is the process focused upon in this work. Consolidation is the recommended treatment for the recovery of the superficial cohesion of stone. The aim of this work is to synthetize and to evaluate the application of effective and compatible consolidants for limestone. Nowadays, conservation cures place significant importance upon compatibility in order to achieve the maximum stability and durability of the treatment, to avoid on one hand the modification of the stone’s hydric properties, and on the other, the creation of differential stress and ageing. Two types of compatible consolidants are proposed. The first consolidant is based in lime nanoparticles, in both alcohol and water suspensions. The synthesis has been conducted in inverse micelles microemulsions. The penetration depth in the final application of the product has been improved. The second consolidant synthesis consists in the formation of hydroxyapatite by sol-gel process. New reaction precursor research and the optimization of the process have led to the achievement of a product with promising results in its application. The assessment of the consolidation treatment performed with the synthetized product has been compared to commercial consolidants on artificially aged stones and on painted lime mortars. These test evaluations has been developed considering the petrophisic, mechanical, and esthetic properties of the stone.

Apèndix 5 escrit en anglès / The stated goal of this work is to develop a numerical explicit finite element method able to effectively address the strain localization process, discrete fracture and fragmentation process in quasi-brittle materials, involving highly nonlinear processes, such as, contact, non-linear geometric and material behavior. The description of the quasi-brittle material is based in the concepts of classical fracture mechanics plasticity theory and more specifically in the plastic damage model and its fundamental variable, the plastic damage variable, using traditional Mohr-Coulomb and Rankine models. Three types of algorithms were needed to reach our goal. A search contact algorithm, a combined penalty and Lagrange multipliers algorithm and adaptive local refinement algorithm. The search algorithms is necessary to determine the pairs of potential contacts with a reasonable computational cost; the second for establishing and compute the normal contact forces and the third one to allow not only a local refinement but also draw geometric modeling of discrete fracture. Moreover, given the inability of the irreducible linear elements formulation to capture collapse mechanisms, ultimate loads and strain localization processes, we opted to develop an explicit mixed finite element displacements and strain formulation in solid mechanics stabilized with variational sub-scales method, particularly using Orthogonal Sub-scales Method (OSS). This stabilized formulation avoids the LBB condition ( inf-sup condition) and allow to use elements with independent and equal interpolation order for displacements and strain fields. This formulation is one of the main original contribution of this work. Our methodology, called MEX-FEM, and developed to address problems in small and large deformations, not only it comes to enhance the traditional explicit time integration scheme, but also can get an improved stresses and strains field in a finite element mesh and also a better description of the strain localization virtually free of mesh-bias dependence without using tracking algorithms and accurate solutions in nearly incompressible problems.These numerical tools developed were integrated as a whole for our main goal: the discrete modeling fracture and fragmentation of quasi-brittle materials using finite element method. / El objetivo planteado en este trabajo es el desarrollo de una metodología numérica explícita de elementos finitos capaz de abordar de manera efectiva la simulación de procesos de localización, fractura discreta y fragmentación en materiales quasi-frágiles, envolviendo procesos altamente no lineales, como la no linealidad geométrica, la no linealidad del material y el contacto. La descripción del material quasi-frágil se basa en los conceptos de la mecánica de fractura clásica de la teoría de plasticidad y más específicamente en el modelo de daño plástico y su variable fundamental, la variable de daño plástico, empleando los modelos tradicionales de discontinuidad de Mohr-Coulomb y Rankine. Tres tipos de algoritmos fueron necesarias para trazar nuestro objetivo. Un algoritmo de búsqueda de contactos, un algoritmo combinado penalización y multiplicadores de Lagrange y un algoritmo de refinamiento local adaptable. La algoritmia de búsqueda es necesaria para determinar los pares de contactos potenciales con un coste computacional razonable; la segunda para establecer la condición de contacto y la tercera para permitir, no sólo un refinamiento local sino también trazar el modelado geométrico de la fractura discreta. Por otra parte, dada la incapacidad de los elementos lineales de la formulación irreducible para capturar mecanismos de colapso, cargas últimas y procesos de localización de deformaciones se optó por desarrollar la primera formulación mixta explícita de elementos finitos en desplazamientos y deformaciones dentro de la mecánica de sólidos estabilizada mediante el método de sub-escalas variacionales, particularmente en las sub-escalas ortogonales. Esta formulación estabilizada elude la condición LBB y permite obtener elementos con independiente e de igual orden de interpolación en el campo de los desplazamientos y deformaciones. Esta formulación constituye la principal aportación original de este trabajo. Nuestra metodología, bautizada como MEX-FEM, y desarrollada para abordar problemas en pequeñas y grandes deformaciones,no solamente viene a mejorar el esquema explicito tradicional de integración temporal de la ecuación de movimiento, sino que obtiene un mejor campo de tensiones y deformaciones en una malla de elementos finitos, una mejor descripción de los procesos de localización de deformaciones virtualmente libre de la dependencia de la malla y sin necesidad de emplear algoritmos de rastreo y una mejor solución a problemas cercanamente incompresibles. Todas estas herramientas numéricas desarrolladas fueron integradas en su conjunto para realizar nuestra principal meta: el modelado discreto la fractura y fragmentación de los materiales quasi-frágiles empleando el método de los elementos finitos.

En aquesta tesi s’ha dut a terme la caracterització experimental de polímers amb memòria de forma de naturalesa termoplàstica i termostable. En concret, s’ha estudiat l’efecte que tenen diferents condicions termo-mecàniques de funcionament i l’estructura química en les propietats mecàniques i de memòria de forma. Per a l’estudi de les condicions de funcionament, s’han realitzat cicles de memòria de forma consecutius amb distintes combinacions de paràmetres termo-mecànics. Per a l’estudi de l’efecte de l’estructura química s’han utilitzat dues xarxes termostables. La primera consisteix en resines epoxi modificades amb polímers hiperramificats. En aquest cas, l’efecte del contingut i del pes molecular del polímer hiperramificat en les propietats visco-elàstiques, termo-mecàniques i de memòria de forma ha sigut estudiada en detall. La segona consisteix en xarxes de tipus acrilat sintetitzades a partir d’agent de reticulació basats en bisfenol A, els quals milloren les propietats mecàniques i de memòria de forma d’aquesta classe de materials. Per a l’estudi d’aquestes xarxes amb memòria de forma s’han dut a terme anàlisis dinamo-mecànics, assajos de caracterització mecànica i cicles de memòria de forma. / En esta tesis se ha llevado a cabo la caracterización experimental de polímeros con memoria de forma de naturaleza termoplástica y termoestable. En concreto, se ha estudiado el efecto que tienen distintas condiciones termo-mecánicas de funcionamiento y la estructura química sobre las propiedades mecánicas y de memoria de forma. Para el estudio de las condiciones de funcionamiento, se han realizado ciclos de memoria de forma consecutivos con distintas combinaciones de parámetros termo-mecánicos utilizando un polímero termoplástico comercial. Para el estudio del efecto de la estructura química se han utilizado dos redes termoestables. La primera consiste en resinas epoxi modificadas con polímeros hiperramificados. En este caso, el efecto del contenido y el peso molecular del polímero hiperramificado en las propiedades visco-elásticas, termo-mecánicas y de memoria de forma han sido estudiados en detalle. La segunda red termoestable consiste en redes de tipo acrilato sintetizadas a partir de agentes de reticulación basados en bisfenol A, los cuales mejoran las propiedades mecánicas y de memoria de forma de esta clase de materiales. Para el estudio de estas redes con memoria de forma se han llevado a cabo análisis dinamo-mecánicos, ensayos de caracterización mecánica y ensayos de memoria de forma. / In this thesis, the experimental characterization of thermoplastic and thermosetting shape-memory polymers was carried out. Particularly, we studied the effect of different operation thermomechanical conditions and chemical structure on mechanical and shape-memory properties. Regarding the operation conditions, several shape-memory cycles were carried out with different combinations of thermomechanical parameters. In terms of chemical structure, two different networks were studied. The first consist of epoxy resins modified with hyperbranched polymers. In this case, we studied in detail the effect of the content and molecular weight of the hyperbranched polymer on viscoelastic, thermomechanical and shape-memory properties. The second consist of acrylate networks synthesized from bisphenol A-based crosslinking agents, which improve mechanical and shape-memory properties of this class of materials. Regarding the study of these shape-memory networks, dynamic mechanic analysis, mechanical characterization tests and shape-memory performances were carried out.

Due to the increasing global IP traffic and the exponential growing demand for broadband services, optical networks are experimenting significant changes. Advanced modulation formats are being implemented at the Digital Signal Processing (DSP) level as key enablers for high data rate transmission. Whereas in the network layer, flexi Dense Wavelength-Division Multiplexing (DWDM) grids are being investigated in order to efficiently use the optical spectrum according to the traffic demand. Enabling these capabilities makes high data rate transmission more feasible. Hence, introducing flexibility in the system is one of the main goals of this thesis. Furthermore, minimizing the cost and enhancing the Spectral Efficiency (SE) of the system are two crucial issues to consider in the transceiver design. This dissertation investigates the use of Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (O-OFDM) based either on the Fast Fourier Transform (FFT) or the Fast Hartley Transform (FHT) and flexi-grid technology to allow high data rate transmission over the fiber. Different cost-effective solutions for Elastic Optical Networks (EON) are provided. On the one hand, Direct Detection (DD) systems are investigated and proposed to cope with present and future traffic demand. After an introduction to the principles of OFDM and its application in optical systems, the main problems of such modulation is introduced. In particular, Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) is presented as a limitation in OFDM systems, as well as clipping and quantization noise. Hence, PAPR reduction techniques are proposed to mitigate these impairments. Additionally, Low Complexity (LC) PAPR reduction techniques based on the FHT have also been presented with a simplified DSP. On the other hand, loading schemes have also been introduced in the analyzed system to combat Chromatic Dispersion (CD) when transmitting over the optical link. Moreover, thanks to Bit Loading (BL) and Power Loading (PL), flexible and software-defined transceivers can be implemented maximizing the spectral efficiency by adapting the data rate to the current demand and the actual network conditions. Specifically, OFDM symbols are created by mapping the different subcarriers with different modulation formats according to the channel profile. Experimental validation of the proposed flexible transceivers is also provided in this dissertation. The benefits of including loading capabilities in the design, such as enabling high data rate and software-defined transmission, are highlighted. / Degut al creixement del tràfic IP i de la demanda de serveis de banda ampla, les xarxes òptiques estan experimentant canvis significatius. Els formats avançats de modulació, implementats a nivell de processat del senyal digital, habiliten la transmissió a alta velocitat. Mentre que a la capa de xarxa, l'espectre òptic es dividit en ranures flexibles ocupant l'ample de banda necessari segons la demanda de tràfic. La transmissió a alta velocitat és fa més tangible un cop habilitades totes aquestes funcionalitats. D'aquesta manera un dels principals objectius d'aquesta tesis es introduir flexibilitat al sistema. A demés, minimitzar el cost i maximitzar l'eficiència espectral del sistema són també dos aspectes crucials a considerar en el disseny del transmissor i receptor. Aquesta tesis investiga l'ús de la tecnologia Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) basada en la transformada de Fourier (FFT) i la de Hartley (FHT) per tal de dissenyar un sistema flexible i capaç de transmetre a alta velocitat a través de la fibra òptica. Per tant, es proposen diferent solucions de baix cost vàlides per a utilitzar en xarxes òptiques elàstiques. En primer lloc, s'investiguen i es proposen sistemes basats en detecció directa per tal de suportar la present i futura demanda. Després d'una introducció dels principis d' OFDM i la seva aplicació als sistemes òptics, s'introdueixen alguns dels problemes d'aquesta modulació. En particular, es presenten el Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) i els sorolls de clipping i de quantizació com a limitació dels sistemes OFDM. S'analitzen tècniques de reducció de PAPR per tal de reduir l'impacte d'aquests impediments. També es proposen tècniques de baixa complexitat per a reduir el PAPR basades en la FHT. Finalment, s'utilitzen algoritmes d'assignació de bits i de potència, Bit Loading (BL) i Power Loading (PL), per tal de combatre la dispersió cromàtica quan es transmet pel canal òptic. Amb la implementació dels algoritmes de BL i PL, es poden dissenyar transmissors i receptors flexibles adaptant la velocitat a la demanda del moment i a les actuals condicions de la xarxa. En particular, els símbols OFDM es creen mapejant cada portadora amb un format de modulació diferent segons el perfil del canal. El sistema és validat experimentalment mostrant les prestacions i els beneficis d'incloure flexibilitat per tal de facilitar la transmissió a alta velocitat i cobrir les necessitats de l'Internet del futur / Debido al crecimiento del tráfico IP y de la demanda de servicios de banda ancha, las redes ópticas están experimentando cambios significativos. Los formatos avanzados de modulación, implementados a nivel de procesado de la señal digital, habilitan la transmisión a alta velocidad. Mientras que en la capa de red, el espectro óptico se divide en ranuras flexibles ocupando el ancho de banda necesario según la demanda de tráfico. La transmisión a alta velocidad es más tangible una vez habilitadas todas estas funcionalidades. De este modo uno de los principales objetivos de esta tesis es introducir flexibilidad en el sistema. Además, minimizar el coste y maximizar la eficiencia espectral del sistema son también dos aspectos cruciales a considerar en el diseño del transmisor y receptor. Esta tesis investiga el uso de la tecnologia Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) basada en la transformada de Fourier (FFT) y en la de Hartley (FHT) con tal de diseñar un sistema flexible y capaz de transmitir a alta velocidad a través de la fibra óptica. Por lo tanto, se proponen distintas soluciones de bajo coste válidas para utilizar en redes ópticas elásticas. En primer lugar, se investigan y se proponen sistemas basados en detección directa con tal de soportar la presente y futura demanda. Después de una introducción de los principios de OFDM y su aplicación en los sistemas ópticos, se introduce el principal problema de esta modulación. En particular se presentan el Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) y los ruidos de clipping y cuantización como limitaciones de los sistemas OFDM. Se analizan técnicas de reducción de PAPR con tal de reducir el impacto de estos impedimentos. También se proponen técnicas de baja complejidad para reducir el PAPR basadas en la FHT. Finalmente, se utilizan algoritmos de asignación de bits y potencia, Bit Loading (BL) y Power Loading (PL), con tal de combatir la dispersión cromática cuando se transmite por el canal óptico. Con la implementación de los algoritmos de BL y PL, se pueden diseñar transmisores y receptores flexibles adaptando la velocidad a la demanda del momento y a las actuales condiciones de la red. En particular, los símbolos OFDM se crean mapeando cada portadora con un formato de modulaci_on distinto según el perfil del canal. El sistema se valida experimentalmente mostrando las prestaciones y los beneficios de incluir flexibilidad con tal de facilitar la transmisión a alta velocidad y cubrir las necesidades de Internet del futuro.

Aquesta tesi proporciona un marc per l'anàlisi dels experiments d'indentació. En primer lloc, s'estén el concepte dels règims de deformació al contacte a materials metàl·lics que presenten efectes d'enduriment per deformació. El principal resultat d'aquests estudis es el desenvolupament d'un mapa de modes de deformació en indentació que permet predir el règim de deformació actiu per donada una combinació de propietats mecàniques del material indentat. El mapa està construït a base de simulacions per elements finits en un gran nombre de sòlids, fonamentant-nos en les característiques del flux plàstic i la forma de la zona plàstica que presenten diferents metalls deformats segons un mode elasto-plàstic o un de completament plàstic. S'han obtingut dues correlacions generals entre els valors de duresa i la magnitud d'apilament o enfonsament que s'ha desenvolupat al voltant de l'empremta d'indentació, i les propietats mecàniques uniaxials. Aquestes correlacions són el centre d'una nova metodologia per extreure les propietats mecàniques a partir de mesures directes de la topografia de l'empremta i la corba de càrrega (P) - profunditat de penetració (hs) d'un assaig d'indentació instrumentada. A la part final de la tesi es presenta un marc general per a l'anàlisi de la influencia de la fricció que existeix entre material i indentador. Aquest coneixement ens permetrà estendre la metodologia a contactes amb fricció. Finalment, s'analitza detalladament l'analogia entre els experiments d'indentació i el problema de l'expansió d'una cavitat esfèrica. Primer es solucionen les equacions del problema de l'inflat d'una cavitat esfèrica en un sòlid que presenta enduriment per deformació. Les simulacions per elements finits permeten elaborar una analogia entre els paràmetres que regeixen el contacte i els de l'expansió de la cavitat esfèrica. Un dels resultats més immediats és el desenvolupament d'una nova formulació que permet avaluar la mida de la zona plàstica en experiments d'indentació punxeguda en materials metàl·lics. / This thesis provides a sound physical rationale to the analysis of indentation experiments. First, it extends the concept of the contact deformation regimes to metallic materials exhibiting strain hardening effects. The main outcome along these lines is the development of a contact deformation map, which predicts the active contact regime for a given combination of mechanical properties of the indented material. The map is based upon extensive finite element simulations elucidating the fundamental features of the plastic flow patterns and plastic zone shape in metals deforming within the elasto-plastic and the fully plastic contact regimes. General relations are then found between hardness and the amount of material pileup and sinking-in developing at the contact boundary with uniaxial mechanical properties. These relations are central in devising a novel methodology for mechanical property extraction based on direct assessments of the imprint's topography and instrumented indentation applied load (P) penetration depth (hs) curves. The final part of the thesis presents a general framework to the analysis of frictional effects between indenter and material. This knowledge allows one to extend the aforementioned methodology in dealing with frictional contacts. Finally, a detailed analysis is made on the analogy between indentation experiments and the problem of the expansion of a spherical cavity. Closed-form solutions for the expansion of the cavity in strain hardening solids are first derived. The finite element simulations provide a strict parametrical analogy between contact variables and those from expanding cavity formulations. The main outcome of this analysis is the development of new formulations which evaluate the plastic zone size in sharp indentation experiments of strain hardening metallic materials.

La tesis está dirigida a ingenieros y a investigadores, ambos relacionados con el problema de fatiga. En ella, se desarrolla un modelo general de fatiga para el análisis estadístico del campo de Wöhler, aplicable a cualquier tipo de historia de cargas. El modelo permite además la evaluación del daño acumulado para posterior predicción probabilística de la vida a fatiga de elementos mecánicos y estructurales. En la tesis se presenta la deducción del modelo basada en la consideración de una condición necesaria de compatibilidad en el campo S-N y consiguiente aplicación de la teoría de ecuaciones funcionales. A continuación, se discute el sentido físico de los parámetros resultantes así como sus restricciones y propiedades. Por último, se procede a una validación del modelo mediante un extenso programa experimental con amplitud constante para diferentes combinaciones de tensiones máxima y mínima. Asimismo se incluye una sinopsis de la tesis en español y un estado del arte relativo a los modelos relacionados con la fatiga de materiales. / This doctoral thesis is addressed to practical engineers and researchers, both related to fatigue materials problems. In it, doctoral thesis, a general fatigue model is developed for the statistical analysis of the Wöhler field for any type of loading histories. Additionally, the model allows a damage accumulation assessment to be performed for ulterior probabilistic prediction of the fatigue life of mechanical and structural elements. First of all, the derivation of the model is presented based on the consideration of the necessary condition of the compatibility condition in the S.N field followed by the application of the functional equations theory. The physical meaning of the resulting model parameters, the model restrictions and the model properties are also analyzed. Finally, a model validation is performed based on a large experimental program with constant amplitude tests. Furthermore, a synopsis in Spanish and a complete state of the art about fatigue of materials are presented

Bone injury is a major health problem nowadays. Bone tissue engineering is a promising strategy to solve it. In this field many reports pointed out the role of scaffolds containing a calcium phosphate glass, such as G5, in the promotion of bone regeneration. These kinds of biomaterials release Ca2+ during degradation. Moreover, extracellular calcium (Ca2+0) is able to activate a special extracellular receptor called Calcium Sensing Receptor (CaSR), which can modulate migration, chemotaxis and differentiation. In that sense, present work aims to evaluate the role of extracellular calcium and CaSR as key factor in the induction of bone regeneration. We isolated endothelial progenitor cells (EPCs) and Mesenchymal Stromal cells (MSCs) from young rat’s bone marrow and they were stimulated with 10 mM Ca2+0. Results provided strong evidences about the role of Ca2+0 and CaSR in the modulation of chemotaxis, and angiogenic differentiation on EPCs, whilst on MSCs calcium exerted osteoinduction and proliferation through the CaSR. Furthermore, using biodegradable releasing calcium composite (PLA/G5) was measured the ability of that kind of biomaterials in the induction of bone and blood vessels formation in vivo. Finally, using a shell-less chick embryo model was compared the effect of the Ca2+0 and the ionic compound released by PLA/G5, demonstrating that the released Ca2+0 is the key factor in the promotion of angiogenesis and bone formation in vivo. The knowledge developed during this project will be a valuable tool to enhance the efficiency of biomaterials used in bone tissue engineering

The present project is aimed to analyze the steel structure from an evolutionary point of view. The study¿s context has been the 20th century on the Catalan capital city in order to see how the historical, normative and methodological changes have set a new expression for the city. Once a division of the century in specific periods has been made, we have started to analyze the historical context. A civil infrastructure, a set of regulations or even a calculation methodology have to be perfectly set in a context; in fact, it would be pointless to talk about the previous issues if we had not previously taken into consideration the characteristics of the time when they were created. Actually, it would be difficult to conceive them in other situations than the ones they were created under. Once the historical field has been referenced, the calculation methods as well as the different sets of regulations that have been relevant in that period have been analyzed. In addition, we have also taken into consideration the technological procedures and their subsequent transformation. Provided that the majority of the teaching was done in architecture and engineering schools, the present study incorporates teaching material as well as several examples that were considered at that time in order to complete the information of the project. Moreover, all the items presented for each period can be observed in the different structures we have presented, especially the details regarding the methodology and the official set of regulations that was used. In some cases, we have already pointed out that a great part of the material has been either lost or its present state is clearly deficient. Indeed, in addition to raise further difficulties to the project, this has clearly highlighted the fact that these sources have been often disregarded, despite having directly or indirectly configured the present situation. / El present treball ha volgut analitzar l'estructura metàl·lica des d'un punt de vista evolutiu. L'estudi s'ha emmarcat al segle XX i a la capital catalana per veure-hi com els canvis històrics, normatius i metodològics han configurat una nova expressió a la mateixa. Dividit el segle en períodes específics, es comença a estudiar el context històric pròpiament dit. Una obra civil, una normativa, fins i tot un mètode de càlcul han d'estar perfectament contextualitzats. No tindria sentir parlar de cap dels ítems anteriors si prèviament no s'ha caracteritzat l'època on veuen la llum. Fóra difícil entendre'ls en realitats diferents de les què foren concebudes. Un cop l'àmbit històric ha estat referenciat, s'analitza amb detall els distints mètodes de càlcul així com les diverses normatives que s'han produït durant aquest període sense oblidar la pròpia tecnologia dels processos amb la seva consegüent transformació. Degut a què gran part dels ensenyaments es duien a terme a les escoles d'enginyeria i arquitectura, l'estudi incorpora bibliografia docent així com exemples d'època que s'han aconseguit recopilar per fer més fefaent el treball. De la mateixa manera s'intenta globalitzar tots el ítems estudiats amb la concreció en alguna obra del període estudiat on es poden verificar els diferents ítems tractats, especialment el referent a la metodologia de càlcul així com a la normativa oficial emprada. En alguns casos, també s'ha posat de manifest que gran part del material s'ha extraviat o els seu estat de conservació és molt deficient fet que, a part de dificultar l'estudi, ha posat de manifest que sovint no s'ha donat la importància deguda a aquestes fonts que per tant directament o indirecta han configurat la nostra realitat actual.

Objetivos de la Tesis:El objetivo principal de la presente Tesis, Cinética de Tintura de Tencel ,se centra en dos objetivos parciales: la sensibilidad a la temperatura y el efecto de la variación de la concentración de electrolito en la misma.La evaluación cinética del sistema fibra-colorante, se ha realizado mediante la evolución de la expresión Ct/Cinf, relación entre colorante absorbido por la fibra en un tiempo t y la concentración del mismo en el equilibrio, en función de los distintos parámetros estudiados a través del análisis de varios modelos.Metodología empleadaLa aproximación a dicha evaluación puede realizarse mediante: Modelos cinéticos semi-empíricos y Modelos matemáticos provenientes de la segunda ley de Fick. En los primeros, es la constante cinética k el parámetro definitorio del proceso, mientras que, en los modelos matemáticos es el adimensional Dt/r2. Ambos enfoques describen la evolución del mismo fenómeno y, por lo que debería existir algún tipo de relación entre k y Dt/r2. El estudio del proceso desde ambos puntos de vista y, cuando sea posible, establecer la relación mencionada, es otro de los objetivos de la Tesis. Con ello, se podrá comparar la incidencia estructural del sustrato respecto al comportamiento cinético.Fases del trabajoSiendo Tencel una fibra celulósica, se ha realizado un análisis comparativo con Viscosa , mediante un estudio experimental en celda de tintura en flujo continuo con medición espectrofotométrica on line . Las condiciones experimentales escogidas han sido: Temperaturas de 30, 40, 50, 60, 70 y 80ºC y [NaCl] de 0.5, 1.0 y 1.5 g/L, valorando la cantidad de colorante que la fibra absorbe, en función del tiempo. Conclusiones y valoración de los resultados obtenidosLa comparación de D/r2 entre ambas fibras indica que:Exceptuando el modelo de Chrastil, los valores de D/r2 obtenidos, disminuyen con el aumento de la concentración de electrolito .Los valores obtenidos a partir de la aproximación de Crank y de la de Rais-Militky presentan gran similitud. Hay un estrecho paralelismo entre los valores obtenidos a partir de la ecuación de Cegarra-Puente-Valldeperas y los de las aproximaciones matemáticas de Crank y Rais-Militky. Para algunos modelos matemáticos, a la concentración máxima de electrolito, los valores de D/r2 son muy similares en Viscosa y prácticamente coincidentes en Tencel. El orden de magnitud de los Dap para Tencel pueden apreciarse en la Tabla siguiente.Dap (cm2/s) Modelo10-11-10-14 Cegarra-Puente-Valleperas10-12-10-14 Chrastil10-11-10-16 Urbanik10-11-10-14 Crank10-11-10-14 Rais-Militky10-13-10-16 KilbyA pesar de las diferencias según la ecuación considerada, existe en Tencel una variación del Dap en función de los tres niveles de agotamiento en los que se ha estructurado el estudio cinético.A través de la cinética de tintura se ha podido demostrar la existencia de varias capas de distinto nivel de ordenación microestructural que implicará, la necesidad de reconsiderar los procesos de tintura a fin de obtener unos niveles de penetración del colorante en la fibra similares a los de otras fibras celulósicas, al existir en Tencel velocidades de difusión diferenciadas en sus distintas capas.