Disseny d’un banc d’assaig d’efectes diferits en elements de formigó armat amb barres FRP

L'objectiu d'aquest projecte és el disseny dels bancs d'assaig necessaris per poder realitzar tres assajos de fisuració i deformació diferida al laboratori de resistència de materials de la UdGsobre provetes i bigues de formigó armat amb FRP i estudiar- ne el comportament. El primer assaig és el de fluència del formigó, on es sotmet una proveta a una compressió mantinguda en el temps. El segon assaig és un de tracció directa, on s'aplica una càrrega a tracció mantinguda en el temps en una proveta de formigó armat amb una barra FRP de reforç intern. El tercer és un assaig a flexió, on es carregarà una biga a flexió durant un període llarg de temps

High-Performance-Tensile-Strength Alpha-Grass Reinforced Starch-Based Fully Biodegradable Composites

Though there has been a great deal of work concerning the development of natural fibers in reinforced starch-based composites, there is still more to be done. In general, cellulose fibers have lower strength than glass fibers; however, their specific strength is not far from that of fiberglass. In this work, alpha-fibers were obtained from alpha-grass through a mild cooking process. The fibers were used to reinforce a starch-based biopolymer. Composites including 5 to 35% (w/w) alpha-grass fibers in their formulation were prepared, tested, and subsequently compared with those of wood- and fiberglass-reinforced polypropylene (PP). The term “high-performance” refers to the tensile strength of the studied composites and is mainly due to a good interphase, a good dispersion of the fibers inside the matrix, and a good aspect ratio. The tensile strength of the composites showed a linear evolution for fiber contents up to 35% (w/w). The strain at break of the composites decreased with the fiber content and showed the stiffening effects of the reinforcement. The prepared composites showed high mechanical properties, even approaching those of glass fiber reinforced composites

Reforç d’un element estructural mitjançant l’adhesió de làmines de compòsits reforçats amb fibres (FRP)

Aquest treball final de carrera és un estudi del reforç d’un element estructural de formigó per mitjà de fibres FRP. Podem assimilar-lo a una guia pràctica per tal que un enginyer ambconeixements de construcció, pugui reforçar un membre que ha sofert danys produïts peraguantar càrregues, oscil·lacions, etc.per les que no havia estat dissenyat. El projecte conté teoria del FRP per tal de conèixer el material que utilitzarem pel nostre reforç, les normatives i prenormatives que s’utilitzen per fer el disseny, i un exemple pràctic de càlcul del reforç d’una biga sotmesa a flexió i el confinament d’un pilar, que són les dues opcions més utilitzades per reforçar amb FRP. El reforç d’estructures de formigó és el camp de la construcció on més ràpidament i amb major èxit s’estan aplicant els reforços amb FRP, degut a les propietats tant avantatjoses que presenten, entre altres, resistència a la corrosió i lleugeresa, que es tradueix en estalvi de transport i posada en obra

Instrumentació i anàlisi de dades d'assaigs de bigues de formigó armades amb barres de FRP

Estudi experimental del comportament de bigues de formigó armades amb barres de materials compostos de matriu polimèrica (FRP)

Modelització de la contribució del formigó traccionat entre fissures en estructures reforçades amb armadures de materials compostos amb matriu polimèrica (FRP).

El present treball s’emmarca dins el camp de les estructures de formigó, i mésconcretament, a les que es troben reforçades amb armadures de materials compostos amb matriu polimèrica, és a dir FRP “Fiber Reinforced Polymer”

A Thermodynamically Consistent Damage Model for Advanced Composites

A continuum damage model for the prediction of damage onset and structural collapse of structures manufactured in fiber-reinforced plastic laminates is proposed. The principal damage mechanisms occurring in the longitudinal and transverse directions of a ply are represented by a damage tensor that is fixed in space. Crack closure under load reversal effects are taken into account using damage variables established as a function of the sign of the components of the stress tensor. Damage activation functions based on the LaRC04 failure criteria are used to predict the different damage mechanisms occurring at the ply level. The constitutive damage model is implemented in a finite element code. The objectivity of the numerical model is assured by regularizing the dissipated energy at a material point using Bazant’s Crack Band Model. To verify the accuracy of the approach, analyses ofcoupon specimens were performed, and the numerical predictions were compared with experimental data

Elaboració de membranes de fibra buida modificades amb nanopartícules metàl·liques per aplicacions catalítiques

Investigación producida a partir de una estancia en la Université Paul Sabatier, Toulouse III - CNRS, entre 2007 y 2009. Durante los últimos años la investigación centrada en nuevos materiales de tamaño nanoscòpico (nanopartículas, quantum dots, nanotubos de carbono,...) ha experimentado un crecimiento considerable debido a las especiales propiedades de los "nanoobjetos" con respecto a magnetismo, catálisis, conductividad eléctrica, etc ... Sin embargo, hoy en día todavía existen pocas aplicaciones de las nanopartículas en temas medioambientales. Uno de los motivos de esta situación es la posible toxicidad de los nanoobjetos, pero existe también una dificultad tecnológica dado que las nanopartículas tienden a agregarse y es muy difícil manipularlas sin que pierdan sus propiedades especiales. Así, aunque la preparación de materiales catalíticos nanoestructurados es muy interesante, es necesario definir nuevas estrategias para prepararlos. Este proyecto de investigación tiene como objetivo principal la preparación de nuevas membranas catalíticas con nanopartículas metálicas en el interior para aplicaciones de tratamiento de agua. La innovación principal de este proyecto consiste en que las nanopartículas no son introducidas en la matriz polimérica una vez preformadas sino que se hacen crecer en el interior de la matriz polimérica mediante una síntesis intermatricial. El único requisito es que la matriz polimérica contenga grupos funcionales capaces de interaccionar con los precursores de las nanopartículas. Una vez finalizado el proyecto se puede afirmar que se han logrado parte de los objetivos planteados inicialmente. Concreamente ha quedado demostrado que se pueden sintetizar nanopartículas metálicas de metales nobles (platino y paladio) en membranas de fibra hueca de micro- y ultrafiltración siguiendo dos metodologías diferentes: modificación fotoquímica de polímeros y deposición de multicapas de polielectrolitos. Los nuevos materiales son efectivos en la catálisis de reducción de un compuesto modelo (4-nitrofenol con borohidruro de sodio) y, en general, los resultados han sido satisfactorios. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que el uso de un reactivo que genera hidrógeno gas en contacto con la solución acuosa dificulta enormemente la implementación de la reacción catalítica al ser el medio de la membrana una matriz porosa. Así, como conclusión principal se puede decir que se han encontrado las limitaciones de esta aproximación y se sugieren dos posibilidades de continuidad: la utilización de las membranas sintetizadas en contactores gas-líquido o bien el estudio y optimización del sistema de membrana en configuración de membranas planas, un objetivo más asequible dada su menor complejidad. Esta investigación se ha realizado en el seno del “Laboratoire de Génie Chimique” de Toulouse y del Departamento de Química de la Michigan State University y ha sido posible gracias a un proyecto financiado por la “Agence National pour la Recherce” y al programa PERMEANT entre el CNRS y la NSF.

Stone-ground wood pulp-reinforced polypropylene composites: water uptake and thermal properties

Two of the drawbacks of using natural-based composites in industrial applications are thermal instability and water uptake capacity. In this work, mechanical wood pulp was used to reinforce polypropylene at a level of 20 to 50 wt. %. Composites were mixed by means of a Brabender internal mixer for both non-coupled and coupled formulations. Differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA) were used to determine the thermal properties of the composites. The water uptake behavior was evaluated by immersion of the composites in water until an equilibrium state was reached. Results of water absorption tests revealed that the amount of water absorption was clearly dependent upon the fiber content. The coupled composites showed lower water absorption compared to the uncoupled composites. The incorporation of mechanical wood pulp into the polypropylene matrix produced a clear nucleating effect by increasing the crystallinity degree of the polymer and also increasing the temperature of polymer degradation. The maximum degradation temperature for stone ground wood pulp–reinforced composites was in the range of 330 to 345 ºC

Tensile strength characteristics of polypropylene composites reinforced with stone groundwood fibers from softwood

The behavior of stone groundwood / polypropylene injection-molded composites was evaluated with and without coupling agent. Stone groundwood (SGW) is a fibrous material commonly prepared in a high yield process and mainly used for papermaking applications. In this work, the use of SGW fibers was explored as a reinforcing element of polypropylene (PP) composites. The surface charge density of the composite components was evaluated, as well as the fiber’s length and diameter inside the composite material. Two mixing extrusion processes were evaluated, and the use of a kinetic mixer, instead of an internal mixer, resulted in longer mean fiber lengths of the reinforcing fibers. On the other hand, the accessibility of surface hydroxyl groups of stone groundwood fibers was improved by treating the fibers with 5% of sodium hydroxide, resulting in a noticeable increase of the tensile strength of the composites, for a similar percentage of coupling agent. A new parameter called Fiber Tensile Strength Factor is defined and used as a baseline for the comparison of the properties of the different composite materials. Finally the competitiveness of stone groundwood / polypropylene / polypropylene-co-maleic anhydride system, which compared favorably to sized glass-fiber / polypropylene GF/PP and glass-fiber / polypropylene / polypropylene-co-maleic anhydride composite formulations, was quantified by means of the fiber tensile strength factor

Thermoplastic Starch-based Composites Reinforced with Rape Fibers: Water Uptake and Thermomechanical Properties

Fully biodegradable composite materials were obtained through reinforcement of a commercially available thermoplastic starch (TPS) matrix with rapeseed fibers (RSF). The influence of reinforcement content on the water sorption capacity, as well as thermal and thermo-mechanical properties of composites were evaluated. Even though the hydrophilic character of natural fibers tends to favor the absorption of water, results demonstrated that the incorporation of RSF did not have a significant effect on the water uptake of the composites. DSC experiments showed that fibers restricted the mobility of the starch macromolecules from the TPS matrix, hence reducing their capacity to crystallize. The viscoelastic behaviour of TPS was also affected, and reinforced materials presented lower viscous deformation and recovery capacity. In addition, the elasticity of materials was considerably diminished when increasing fiber content, as evidenced in the TMA and DMTA measurements