Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / Las cuerdas de poliéster tienen una mejor relación resistencia por peso en comparación con cables tradicionales como por ejemplo los de acero y debido a los avances tecnológicos en la producción de fibras sintéticas las cuerdas de poliéster son cada día más usadas en la ingeniería. Producto del deterioro que sufren las cuerdas de poliéster por el uso se ha querido estudiar cómo afecta en las capacidades de la cuerda cuando se corta totalmente una o más hebras. La presente memoria tiene como objetivo estudiar las consecuencias de daños provocados en cuerdas de poliéster, de esta manera, determinar cómo afecta en la capacidad y deformación de la cuerda. Se estudiará cuanto disminuye la resistencia a tracción dependiendo de las hebras dañadas y el fenómeno de localización de deformaciones en la zona dañada. Para el estudio experimental fueron ensayadas a tracción cuerdas de poliéster de 8 mm, 12mm y 16 mm de diámetro en la Maquina INSTROM 600 LX, estas cuerdas están conformadas por 3 hebras enrolladas de forma helicoidal. Se confeccionarán 3 tipos de probetas de cuerdas para cada diámetro: la primera probeta corresponderá a una cuerda virgen, la segunda una cuerda con una hebra dañada y la tercera una cuerda con 2 hebras dañadas. Es importante recalcar que los daños se realizaron en una sección ubicada en la longitud media de la cuerda. Se colocarán 3 extensómetros en la parte superior, inferior y central de la cuerda ensayada para medir las deformaciones locales y un LVDT para medir la deformación global de la cuerda. También para cada diámetro de cuerda se ensayarán a tracción probetas confeccionadas con hebras de cuerdas vírgenes. De los resultados obtenidos se concluyó que las hebras cortadas de cuerdas de poliéster dañadas comienzan a tomar carga a una distancia de la sección dañada, esta longitud de cuerda se le llama largo de recuperación. Además, se determinó experimentalmente que los ganchos son más eficientes que las prensas tipo crosby para ensayar a tracción cuerdas de poliéster. Se comprobó que cualitativamente las curvas de capacidad son más flexibles a medida que aumenta el daño en la sección transversal de la cuerda. Con respecto a la rigidez se logró determinar cuantitativamente que la rigidez de la cuerda disminuye a medida que el daño aumenta en la sección trasversal para todos los 3 diámetros y que la rigidez de las hebras es un poco menor que la rigidez de una cuerda virgen. A modo de recomendación los extensómetros no resultaron confiables para medir deformaciones locales en las cuerdas de poliéster ya que estos no se agarraban bien. En cambio, el LVDT es bastante confiable para medir deformaciones globales en cuerdas de poliéster ya que tiene la ventaja que no le afecta la rotación de la cuerda y donde no está agarrado a la cuerda puede medir deformaciones hasta que termine el ensayo.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Estructural, Sísmica y Geotécnica. Ingeniero Civil / El presente trabajo tiene por objetivo extender el estudio mecánico de cables dañados asimétricamente llevado por De Vico (2013) y Ramírez (2015) y el trabajo de Beltrán (2006), combinando en un único modelo el efecto de asimetría y concentración de deformaciones: dos fenómenos cuyo impacto aislado se ha traducido en la inducción de flexión producto del daño asimétrico y la capacidad de recuperación de carga producto de la concentración de deformaciones cerca del daño. El modelo mecánico propuesto se basa en el método de los elementos finitos, para lo cual se propone un elemento viga capaz de incorporar la cinemática de deformación de los elementos que conforman un cable de modo de generar matrices de rigidez que representen a un elemento denominado viga-cable. Este elemento es capaz de desarrollar flexión biaxial, torsión y carga axial. Se supone que el cable está sometido a una fuerza axial de tracción y a cargas transversales de corte asociadas a la asimetría del daño, en caso de que corresponda. Además, dependiendo de la fricción entre los alambres del cable, se puede incrementar el área efectiva del cable en elementos alejados del daño, aumentando la capacidad de carga del cable y forzando una concentración de deformaciones en zonas cercanas a los elementos finitos dañados. Se estudiaron cables de distintos materiales (poliéster, acero y aluminio) con distintas configuraciones geométricas (distribución de alambres, ángulos de paso y diámetros) y de daño, de modo de evaluar distintos fenómenos presentes que impacten tanto el comportamiento global (curva de capacidad, rigidez, capacidad de deformación y capacidad de carga) y local (gradiente de tensiones y deformaciones). Para cada caso de estudio, se compararon los resultados del modelo propuesto con resultados experimentales y modelación de elementos finitos presentes en la literatura. Los análisis comparativos indican el modelo propuesto es capaz de predecir de buena manera curvas de capacidad y gradiente de tensiones/deformaciones en las secciones transversales a lo largo del cable. Se logró acoplar en un modelo los fenómenos de daño asimétrico y concentración de deformaciones, cuyo resultado queda en la región acotada por las curvas de daño asimétrico y concentración de deformaciones, actuando en forma independiente, desarrolladas por Beltrán et al (2017). En particular, se obtienen rigideces superiores a las experimentales, tal como evidencian Lalonde (2017) y Judge (2012) en sus estudios. Además, se obtuvieron capacidades similares a las de la literatura. En cuanto a la capacidad de deformación, la alta variabilidad de los ensayos no permitió obtener resultados concluyentes. Se identificó una relación directa entre el diámetro del cable y el impacto de la asimetría, ya que a medida que es más grande el diámetro, se pudo identificar una mayor diferencia entre los límites del gradiente de deformaciones. La eficiencia computacional y robustez del modelo queda demostrada, obteniéndose resultados con alta precisión en fracciones del tiempo requerido por modelos desarrollados en software de elementos finitos.

Ingeniera Civil / El comportamiento de los cables ha sido estudiado por décadas dado su amplio uso en diferentes estructuras y como parte de sistemas de alzamiento. A partir de los estudios realizados sobre el daño de éstos como consecuencia del desgaste natural que sufren por el uso se ha querido ahondar en este tema. El objetivo de la memoria es analizar los efectos de daños ocasionados superficialmente en cables de acero y aluminio de modo de determinar cómo afecta en la distribución de deformaciones y la relación del daño del cable con el diámetro de éste. La metodología empleada se basa en la confección e instrumentación con strain gauges, extensómetros y LVDT de cables de acero y aluminio de diferentes diámetros y la posterior evaluación de la deformación y capacidad de éstos, sometidos a ensayos de tracción. Los resultados obtenidos de esta investigación tienen que ver con el comportamiento de los cables ante los daños realizados, es así como se logró determinar el desempeño de los cables estudiados, como consecuencia su módulo de elasticidad. Además se determinó cualitativa y cuantitativamente un gradiente de deformaciones en donde los alambres más próximos a los daños poseen mayores deformaciones que los que se encuentran opuestos a éste; y una disminución de las deformaciones del cable de manera global en función del aumento de los daños realizados. Conjuntamente, se encontró una relación de no linealidad entre el porcentaje de pérdida de área y de la capacidad en función de los daños realizados a los cables, siendo ésta última menor a la esperada según el modelo biela. Con respecto a la instrumentación utilizada, el uso de strain gauges es acertado como instrumento para medir las deformaciones locales de los cables en cada hebra analizada ya que es bastante sensible, de tamaño suficientemente pequeño para ser colocado en alambres finos y de alta confiabilidad, pero que al mismo tiempo no logra medir las deformaciones hasta el momento de la rotura debido a que antes se despega por falta de adherencia o se corta. El extensómetro no se recomienda como instrumento para el caso de los cables en los cuales fue utilizado, por el mal agarre que éste posee dada la disposición helicoidal de los cables y por consecuencia del gradiente de deformaciones que presentaba. Con respecto al uso de LVDT, este es confiable al momento de determinar los valores de las cargas máximas y niveles de deformación globales, además de ser el único instrumento capaz de resistir las deformaciones propias del acomodamiento de los cables debido a los daños a lo largo de todo el ensayo. La evaluación de los daños en cables al momento de realizar criterios de descarte es relevante para analizar la posibilidad de reforzar o reemplazar una pieza, en este punto la investigación realizada establece una averiguación necesaria del comportamiento de los cables con respecto a la variación de las deformaciones y en la capacidad que sufren por causa del uso.