Ingeniero Civil Mecánico / Los sistemas de correlación digital de imágenes han aparecido recientemente como una solución a las restricciones impuestas por los extensómetros, pudiendo entregar más información casi sin impedimentos, ya que permiten medir deformaciones sobre la superficie completa de objetos tridimensionales, sin limitarse a puntos individuales, no añaden masa, no modifican las propiedades físicas de la estructura a estudiar y poseen rangos de medición desde micrones hasta metros. Este trabajo consiste en definir una metodología para la obtención de los factores de intensidad de esfuerzos 𝐾𝐼 y 𝐾𝐼𝐼 en una grieta, ya que las grietas son probables lugares de falla de los materiales. Se utiliza una probeta de forma de paralelepípedo con vaciados y una grieta, implementando un sistema de correlación digital de imágenes DIC, los datos adquiridos son exportados a MATLAB. Luego son procesados para reducir los errores con un método de suavizado, posteriormente se implementa el método A (Asintótico) y el método B (Integral J), después se comparan los valores obtenidos de 𝐾𝐼 y 𝐾𝐼𝐼 en ambos procedimientos. Para realizar este trabajo es necesario conocer las propiedades mecánicas del material, ya que son empleadas en el cálculo de los factores de intensidad de esfuerzo 𝐾𝐼 y 𝐾𝐼𝐼, para ello son obtenidas experimentalmente bajo las normas ASTM D638 y ASTM 1876-15 respectivamente. En el ensayo de flexión conjunto al sistema DIC el mejor enfoque se recomienda realizarlo directamente en la punta de la grieta, ya que de esa forma se logra distinguir correctamente el comportamiento de los desplazamientos y deformaciones. Se logró emplear los métodos A y B para el cálculo de los factores de intensidad, donde ambos métodos son consistentes entre ellos al mostrar que el factor 𝐾𝐼 es mayor al factor 𝐾𝐼𝐼. Esto indica que la grieta tiende a abrirse, por tanto, fallará el material por causa del primer modo de carga. Existe una diferencia del 7,6% al comparar el valor promedio de 𝐾𝐼 obtenido de forma experimental con el obtenido de resultados del modelamiento en elementos finitos. Sin embargo, el factor promedio 𝐾𝐼𝐼 posee una diferencia del 62,5%, esta discrepancia se puede deber principalmente a imperfecciones dentro del material, tal como: elementos contaminantes o el grado de cristalinidad del material lo cual afecta a la correcta isotropía del material. Además, la fuerza empleada esta fuera del rango de trabajo de la máquina de ensayo universal, sin embargo, es el equipo existente en el laboratorio.

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.

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.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Mecánico / En este trabajo de título se estudia la variación sonora de los platillos de percusión frente a los procesos a los que es sometido a lo largo de la fabricación. Esto con miras a desarrollar un proceso de fabricación de platillos moderno y de calidad, y abrir la posibilidad de creación de nuevos sonidos. Sabiendo a priori que los procesos de manufactura particulares en la fabricación de platillos alteran la forma y a su vez generan esfuerzos residuales en la pieza trabajada, se plantea en este trabajo una metodología de construcción y experimentación que permita separar las variables de cambio de forma y esfuerzos residuales que afectan en el sonido. Se construyeron cuatro prototipos de platillo, uno de prueba y tres funcionales de distintas medidas y sometidos a diferentes combinaciones de procesos. Entre cada proceso de cambio de forma se realizó un tratamiento térmico de alivio de tensiones con el objetivo de eliminar esfuerzos residuales internos en la pieza. Antes y después de cada sesión de alivio de tensiones se realizaron mediciones de dureza y digitalización de la forma en 3D pera verificar que la forma ni las propiedades mecánicas no variaron significativamente por causa del tratamiento térmico. Se realizaron mediciones acústicas vía micrófono al término de cada proceso de manufactura y tratamiento térmico. Las mediciones acústicas fueron tratadas en código Python para obtener espectrogramas comparables entre sí. Además, luego de cada proceso se realizó un análisis cualitativo de la percepción del sonido. Los resultados obtenidos comprueban que la metodología de medición es válida, y sugieren que el sonido se vuelve más complejo a medida que se trabaja el platillo. En particular, el embutido de campana genera peaks aislados en las frecuencias altas y una zona extra de percusión en el mismo platillo de sonido más brillante. Los procesos de martillado, repujado y torneado cambian la forma y complejizan el espectrograma, lo que se traduce en un sonido más articulado, complejo (mayor cantidad de armónicos percibibles) y oscuro. Los tratamientos térmicos de alivio de tensiones complejizan aún más el espectro, activando una amplia gama de frecuencias bajas a altas y que perduran por más tiempo vibrando. Los resultados sugieren que los procesos de deformación plástica producen estados de esfuerzos residuales complejos que afectan en la rigidez y amortiguamiento de la pieza, lo que se traduce en variaciones de amplitud, permanencia en el tiempo del sonido y frecuencias dominantes. En particular, la aplicación de procesos de tratamiento de alivio de tensionesmodifican las características vibratorias, produciendo un sonido más brillante, complejo, potente y que perdura por más tiempo. Debido a esto, el tratamiento térmico de alivio detensiones tiene el potencial de utilizarse