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    Feasibility study and design of polyhydroxybutyrate (PHB) fibers produced by fermentation for the reinforcement of cementitious composites
    (Universidad de los Andes, Chile, 2026) Biasi Taiano, Maximiliano
    Fiber reinforcement can improve the durability and service performance of cementitious composites, contributing to longer-lasting structures and potentially reducing their environmental impact. However, many of the synthetic fibers currently used for this purpose are petroleum-derived, motivating the search for more sustainable alternatives. Polyhydroxybutyrate (PHB) is a biodegradable polymer produced by bacteria that has the potential to replace petroleum-based materials in a wide range of applications. This thesis establishes an experimental foundation for evaluating PHB-based fibers as a sustainable alternative to conventional reinforcement fibers in cementitious composites. The research encompasses bacterial production of PHB, polymer recovery, fiber processing, and characterization of the resulting materials. PHB was produced through fed-batch fermentation of Cupriavidus necator, achieving reproducible concentrations of approximately 14–17 g/L. A chloroform-based extraction and purification process was developed, resulting in a final PHB purity of approximately 98%. Direct extrusion of the locally produced polymer did not provide stable fiber formation due to processing and thermal stability limitations. Therefore, continuous fibers manufactured from commercial thermoplastic-grade PHB were used to complete fiber-level characterization. The resulting materials were evaluated through physicochemical, thermal, mechanical, aging, and alkaline degradation analyses. The extruded PHB fibers exhibited tensile strengths between 34 and 42 MPa and strains at failure of approximately 0.7–0.8%, indicating that their untreated mechanical properties are not yet sufficient for the intended reinforcing function. In contrast, the fibers demonstrated favorable alkaline stability, with negligible mass loss after up to 168 hours of exposure at 20 °C and maximum average mass losses of approximately 10% under accelerated exposure at 70 °C. Overall, the results support PHB as a technically viable precursor for cementitious reinforcement applications while identifying fiber processing and mechanical performance as the principal remaining challenges. The findings provide a foundation for future development of PHB fibers through stabilization, drawing, and thermal post-processing, contributing to the advancement of more sustainable reinforcement materials for cementitious composites. Keywords: Polyhydroxybutyrate (PHB), Cementitious Composites,Biodegradable Fibers.
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    PINNs para el problema inverso de la recuperación de fuente de calor en hormigón
    (Universidad de los Andes, Chile, 2026) Lira Ruiz Clavijo, Juan Pedro
    El calor liberado durante la hidratación del cemento, Q(t), gobierna el agrietamiento térmico a edades tempranas en hormigón masivo, y su determinación a partir de mediciones de temperatura constituye un problema inverso. Los enfoques tradicionales utilizan simulaciones de elementos finitos acopladas a algoritmos de optimización que ajustan una familia funcional predefinida para la tasa de generación de calor Q˙(t)\dot{Q}(t)Q˙​(t). Este enfoque impone una forma a priori sobre la fuente, depende de una malla y requiere una simulación por cada iteración del proceso de optimización. Esta tesis desarrolla y evalúa una red neuronal informada por la física (Physics-Informed Neural Network, PINN) para identificar Q˙(t)\dot{Q}(t)Q˙​(t) a partir de mediciones de temperatura obtenidas en condiciones semiadiabáticas modeladas mediante una condición de borde convectiva de Robin. La metodología propuesta permite recuperar la fuente sin imponer una forma funcional previa, utilizando una configuración de doble red con embedding de características de Fourier y entrenamiento causal. La validación se realizó de forma incremental y posteriormente se llevó a cabo una campaña experimental que evaluó el desempeño del método frente a distintas morfologías de la fuente, coberturas de sensores, niveles de ruido de medición y perfiles de temperatura ambiente. La condición semiadiabática se representó mediante condiciones de borde tipo Robin que relacionan el gradiente térmico con la temperatura exterior en la frontera del dominio simulado, logrando una implementación estable. Los resultados muestran que, para fuentes bien identificables, desde distribuciones gaussianas hasta pulsos rectangulares discontinuos que una familia paramétrica fija no podría representar adecuadamente, la energía total liberada se recupera con errores inferiores al 5 % en toda la grilla de condiciones evaluadas. Además, el residual de la ecuación física permite rechazar aproximadamente el 80 % del ruido presente en las mediciones. La principal limitación observada corresponde a la curva real de hidratación del cemento, cuya extensa escala temporal la convierte en una fuente débilmente identificable. En este régimen, la reducción de la capacidad de la red actúa como una forma de regularización implícita y la calidad de la fuente recuperada se desacopla del error del campo de temperatura, que constituye la única magnitud directamente observable. Se concluye que las PINNs constituyen una herramienta viable y complementaria para la identificación inversa de fuentes de calor asociadas a la hidratación del cemento, ofreciendo ventajas significativas al prescindir de mallas y de formas funcionales predefinidas, además de presentar un comportamiento robusto frente a ruido y disponibilidad limitada de sensores.