Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica / La presente investigación corresponde a un estudio numérico del sistema viga-conexión DBT sometido a carga monotónica, con el objetivo de comparar los resultados numéricos, con los teóricos establecidos en el FEMA 350. La elección de los sistemas vigas conexión, se logró mediante un proceso de prueba y error de 4 estructuras destinadas al uso habitacional que fueron modeladas como marcos sismorresistentes en 2D sometidas a la combinación de cargas gravitacionales y dinámicas de diseño hasta cumplir con las disposiciones establecidas en la NCh 433 Of 2009. La primera parte corresponde a una revisión bibliográfica. Con esta se ha construido un marco teórico que permite entender el comportamiento del sistema viga -conexión. Una vez determinados los posibles modos de falla que controlan el comportamiento de los sistemas, se ha diseñado una serie de 24 especímenes con 4 posibles modos de falla teóricos. Esta serie, denominada DBT será estudiada en esta investigación de forma numérica mediante la construcción de modelos de elementos finitos y luego los resultados serán correlaciones con aquellos determinados de manera teórica. La segunda parte es la construcción de un modelo computacional de elementos finitos con el software ANSYS en su versión 15. Corresponde a un modelo 3D, este considera las no linealidades de los materiales y discontinuidades geométricas. La primera y segunda validación se realizó comparando la curva de comportamiento de la conexión aislada y el sistema viga-conexión con los estudios realizados previo a esta tesis. La tercera parte es el estudio de la respuesta monotónica del sistema mediante el modelo de elementos finitos para cada modo de falla considerado. De esta manera se ha podido comparar con los modos de falla teóricos en la etapa de diseño. Se determinó que existe una buena correlación entre los valores de momento numéricos y teóricos y que la rotulación plástica de la viga, es el mecanismo que disipa la mayor cantidad de energía. Además, la degradación de rigidez en la conexión, es producto de un estado inicial y de término del desplazamiento del perno a corte, hasta que entra en contacto con la perforación del alma, que gracias a la relajación que otorga el aplastamiento del ala de la viga, es que los pernos sometidos a corte y tracción no fallan, que la rigidez para el modo de falla por apalancamiento y fractura del área neta, están de mejor manera representadas teóricamente por la estipulada en el AISC 2010 y FEMA 350 (2000), respectivamente. En futuras investigaciones, se debe completar el modelo, someterlos a una mayor rotación para gatillar la fractura del área neta de la T stub.

Ingeniero Civil / El presente trabajo es de carácter analítico y tiene como objetivo entregar recomendaciones de diseño para una conexión de momento viga-columna que usa perfiles T soldados, como parte del proyecto Fondecyt de Iniciación en Investigación 11090196. Para lograr este propósito se realiza un modelo 3D de elementos finitos sometido a desplazamientos controlados, realizado en Ansys 14, el cual entrega las deformaciones y tensiones en las zonas de interés del perfil T soldado. Se modelan diez configuraciones geométricas diferentes, con la idea de reproducir los modos de falla predichos por FEMA 350. Se compara los valores del modelo 3D con las ecuaciones vistas en FEMA 350 y con ensayos cíclicos realizados en paralelo en el marco de una tesis de magíster en ingeniería sísmica de la Facultad. En adición a los diez modelos, se replica la geometría de un ensayo monotónico realizado en la Facultad, entregando valores y modo de falla similares. Los modelos realizados en Ansys 14, representan adecuadamente el valor último de los modos de falla asociados al alma, no así los que tienen que ver con los pernos a tracción. Los valores entregados por FEMA 350 subestiman la capacidad de los perfiles sometidos a cargas cíclicas que fallan por fractura de pernos a tracción. En ningún modelo se observa fallas en las soldaduras, y los pernos a corte del alma se encuentran dentro de los rangos esperados de tensiones. Como recomendaciones de diseño se tiene que la T debe tener relaciones de espesor entre ala y alma bajas, esto permite que el ala trabaje y disipe energía, permita grandes rotaciones y así hacer trabajar al perfil completo. Finalmente, se recomienda refinar el modelo por el lado de las leyes constitutivas de los materiales y el protocolo de carga utilizado.

From ancient times, humans have had the need to repair tools with the aim of keeping using them. In the same way, the need for repairing ark work has been present along the History, to return the integrity of the pieces. The repairing procedures have evolved from the antiquity to present time. Following these premises, this doctoral thesis proposes the study and optimization of a joining method of fragments using magnetic systems. In this sense, it is proposed a joining method easy to implement that combines Material Physics and Conservation and Restoration of Sculpture and Ornaments. This method is presented as an alternative to the use of structural adhesives. It is reversible, little invasive and respectful with the original artwork, allowing new intervention criteria, viable in the field of Cultural Heritage. The main obtained result has been the development of a new theoretical model that allows determining the optimal distribution of the magnetic forces in the surface of the joining junction, making possible to stabilize it. In the experimental part of this thesis, the different materials, procedures and instrumental employed, are exposed. The model and results have been applied to real cases. As a main conclusions, the study reveals the viability of the use of magnetic systems in the joining of prosthesis and/or fragments in art pieces. / Desde sus orígenes, el hombre ha tenido la necesidad de reparar utensilios con el fin de seguir usándolos. De igual modo, en las obras de arte esta intención de reparar y devolver la integridad a la pieza ha estado presente a lo largo de la Historia. Los procedimientos de reparación han evolucionado desde la Antigüedad hasta nuestros días. A raíz de estas premisas, la tesis doctoral que se presenta, plantea el estudio y la optimización de un método de unión de fragmentos mediante sistemas magnéticos. En este sentido, se propone un método de unión sencillo de usar que combina principios de Física de Materiales con criterios de Conservación y Restauración de Escultura y Ornamentos. Se planea como una alternativa al empleo de adhesivos estructurales, siendo un método reversible, poco invasivo y respetuoso con la obra de arte original, haciendo viable nuevos criterios de intervención en el ámbito del Patrimonio Cultural. El resultado ha sido el desarrollo de un modelo teórico que posibilita la predicción del comportamiento de las uniones y determina la distribución de las fuerzas magnéticas por la superficie de la junta consiguiendo estabilizarlas. En el cuerpo experimental de esta tesis se señalan los diferentes materiales, los procedimientos e instrumental empleados, aportándose unos resultados aplicables sobre casos reales. Las conclusiones fundamentales extraídas ponen de manifiesto la viabilidad del uso de sistemas magnéticos en uniones de prótesis y/o fragmentos en obras de arte. / Des dels seus orígens, l'home ha tingut la necessitat de reparar utensilis amb la finalitat de seguir usant-los. De la mateixa manera, en les obres d'art aquesta intenció de reparar i tornar la integritat a la peça ha estat present al llarg de la Història. Els procediments de reparació han evolucionat des de l'Antiguitat fins als nostres dies. Arran d'aquestes premisses, la tesi doctoral que es presenta, planteja l'estudi i l'optimització d'un mètode d'unió de fragments mitjançant sistemes magnètics. En aquest sentit, es proposa un mètode d'unió senzill d'utilitzar que combina principis de Física de Materials amb criteris de Conservació i Restauració d'Escultura i Ornaments. Es planeja com una alternativa a l'ocupació d'adhesius estructurals, sent un mètode reversible, poc invasiu i respectuós amb l'obra d'art original, fent viable nous criteris d'intervenció en l'àmbit del Patrimoni Cultural. El resultat ha estat el desenvolupament d'un model teòric que possibilita la predicció del comportament de les unions i determina la distribució de les forces magnètiques per la superfície de la junta aconseguint estabilitzar-les. En el cos experimental d'aquesta tesi s'assenyalen els diferents materials, els procediments i l'instrumental emprats, aportant-se uns resultats aplicables sobre casos reals. Les conclusions fonamentals extretes posen de manifest la viabilitat de l'ús dels sistemes magnètics en unions de pròtesis i/o fragments en obres d'art. / Rodríguez Rodríguez, MA. (2017). Análisis de Sistemas Magnéticos Aplicados a Uniones de Fragmentos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90522 / TESIS

Las represas son una de las grandes construcciones que se hacen tanto en el Perú como en el mundo. Estas grandes construcciones de concreto cumplen funciones como retener el agua para generar energía, para irrigación y para abastecer de agua para la población. Como uno de los componentes principales de la represa se encuentra la válvula reguladora de caudal de chorro hueco, también conocida como válvula Howell Bunger, la cual está situada en la parte baja o media de la represa. Esta válvula cumple funciones tales como: descargar agua de las represas en situaciones de emergencia, abastecer de agua para el consumo humano y regular el caudal de agua abajo de las represas para mantener el equilibrio ecológico. El objetivo principal de la presente tesis es diseñar y analizar el comportamiento y los parámetros óptimos de la válvula Howell Bunger para que pueda operar con un caudal máximo de 15 m3/s y un salto neto máximo de 20 m. El objetivo específico es elaborar toda la documentación para la fabricación de la válvula lo cual incluye: diseño conceptual, cálculos de diseño, planos y estimación de costos de fabricación. Con esta documentación se podrá tener pleno conocimiento de la tecnología usada para la válvula. En consecuencia, se podrá construir esta válvula y existirá la posibilidad de que se manufacturen los repuestos correspondientes. Además, esta documentación puede ser usada para diseñar válvulas de chorro hueco para diferentes condiciones de caudal y salto neto. En la primera parte de la tesis se muestra la tecnología existente y aspectos de fundamentos teóricos. En la segunda parte se procede a diseñar la válvula de manera conceptual y preliminar. En la tercera parte se proceden a presentar los cálculos de diseño. Finalmente, en el capítulo 4 se muestra la estimación de costo total.

El presente trabajo muestra el estudio comparativo del proceso de soldadura GTAW, más conocido como TIG, empleado en la unión de planchas de dos milímetros de espesor, de acero estructural ASTM A36. El objetivo principal de esta tesis es el de comparar las características y propiedades de las uniones soldadas con y sin material de aporte utilizando el proceso GTAW. Para el estudio se hicieron cuatro cupones, dos sin material de aporte con una y dos pasadas, y los otros dos cupones empleando el aporte ER70S6 con una y dos pasadas. El estudio de las características y propiedades de los cupones soldados se realizó a través de ensayos de tracción, ensayos de microdureza Vickers, ensayos de doblado y por último metalografía y caracterización microestructural a las probetas obtenidas de los cupones soldados y del material base utilizado. En los ensayos de tracción los resultados de las probetas soldadas sin material de aporte con una pasada alcanzaron ligeramente mayores valores en esfuerzo máximo, en esfuerzo de fluencia y en elongación. En los ensayos de microdureza Vickers las probetas sin material de aporte alcanzaron durezas en el centro de la soldadura similares las probetas soldadas con material de aporte. En los ensayos de doblado, tanto de cara como de raíz, todas las probetas pasaron las pruebas. Sobre la base de los resultados obtenidos se concluyó que para este caso de unión de planchas de acero ASTM A36 de 2 milímetros de espesor mediante soldadura GTAW, se puede utilizar cualquiera de los dos métodos, con material de aporte o sin material de aporte. El proceso sin material de aporte con una sola pasada resulta más ventajoso, pues cumple con las propiedades mecánicas requeridas alcanzando excelentes valores y es beneficioso porque disminuye costos al no utilizar material de aporte y al aumentar la velocidad de soldeo.

El presente trabajo de investigación tiene como finalidad el estudio del comportamiento de fisuras en uniones soldadas, para lo cual se consideró conveniente seleccionar a la mecánica de fractura clásica y al método de los elementos finitos como los medios más adecuados para abordar este fenómeno. Durante el estudio se determinó el factor de intensidad de tensiones, que es un parámetro que caracteriza la tenacidad de la fractura en materiales de comportamiento lineal. Es posible distinguir que el trabajo contiene dos partes muy bien definidas. La primera parte consiste en la modelación bidimensional de especimenes fisurados, cuyas configuraciones son muy conocidas en el ámbito de la mecánica de fractura. La segunda parte consiste en volcar la experiencia adquirida y realizar la modelación tridimensional de una unión soldada de filete que contiene una fisura superficial en las aproximaciones del cordón de soldadura. Los resultados obtenidos de la modelación de ambas partes fueron comparados con valores analíticos de diferentes autores permitiendo determinar la factibilidad del análisis de la fractura elasto-lineal mediante un software de elementos finitos.

El presente trabajo se estableció diferencias significativas en características y propiedades que existe entre uniones soldadas con ambos aportes. Las uniones obtenidas con el aporte ER4043, debido a su contenido de Si (5%), presentan una serie de características que lo hacen muy apreciado por los soldadores debido a que las uniones presentan mejor acabado superficial, mayor penetración, siendo más fácil su empleo durante la operación de soldeo, sin embargo, los inconvenientes que se pueden presentar es que se puede originar perforaciones en las planchas de aluminio de bajo espesor, además, que el cordón de soldadura presentará un color ligeramente más oscuro. Las uniones obtenidas con el aporte ER5356 presenta más salpicaduras, y se genera una gran cantidad de gases durante el proceso de soldeo debido al alto contenido de Mg (5%) que contiene, por lo que, se debe tener cuidado durante su empleo, este aporte una vez depositado, es más resistente que el ER4043, además de poderlo emplear para soldeo de materiales delgados. Los resultados encontrados en la presente investigación servirán de guía para seleccionar el aporte más conveniente entre estos dos materiales.

En la última década, la industria Aero espacial y de transporte ha impulsado la implementación del proceso de soldadura por fricción batido o FSW (por sus siglas en ingles), en aleaciones de cobre, manganeso, titanio y aceros, debido a la necesidad de usar materiales de alta resistencia especifica que presentan baja soldabilidad. Sin embargo, debido a la baja resistencia específica del plomo, esas aleaciones no son consideradas atractivas por los diferentes sectores industriales que generan desarrollo en la tecnología (FSW). Por esta razón, no existe una literatura suficiente en cuanto a diseños de proceso y perfiles de herramientas que se ajusten a las características termo mecánicas de estas aleaciones. Además, es importante destacar que debido a su baja conducción de calor (35.5 W m-1 K- 1) y el bajo límite de fluencia de las aleaciones de plomo, se presenta un comportamiento plástico elevado, lo que dificulta la generación y tránsito del calor al interior de la junta y genera gran inestabilidad durante el proceso de batido. Ante el vacío de información existente, la investigación desarrollada en este estudio buscó analizar combinaciones de parámetros y diseño de herramientas para desarrollar la implementación del proceso FSW en una aleación de Pb-Sn- Sb, la cual es de gran interés para la industria de procesos de recubrimientos electrolíticos Los resultados obtenidos demostraron que es posible obtener soldaduras sanas con niveles superiores al 70% de eficiencia en la resistencia mecánica por medio de FSW, al utilizar un estrecho rango de parámetros de velocidad de rotación (1700 y 2000 RPM) y avance lineal (30 y 50 mm/min), se evidencia un afino de grano. Además, se observa que para velocidades entre 1800 y 1950 RPM a mayor velocidad de rotación se genera una reducción en el tamaño de la TMAZ.

El presente trabajo muestra el desarrollo de un sistema de sensado híbrido de bajo costo para el seguimiento de uniones soldadas mediante el proceso GMAW, para la unión de planchas con junta a tope sin preparación de bordes y con junta tipo “V” de acero estructural ASTM A36. El desarrollo del sistema se dividió en cuatro fases como se indica a continuación: i) diseño mecánico, ii) diseño electrónico, iii) diseño de algoritmo de control para el seguimiento de juntas, e iv) integración del sistema con sus respectivas pruebas de laboratorio para verificar el funcionamiento correcto del sistema híbrido de sensado. El sistema contó con una interfaz de usuario gráfico (GUI) que ayudó al operador en la ejecución de la tarea de soldadura con el fin de obtener valores que se utilicen para el control de calidad del producto final soldado. El sistema de sensado híbrido permite ubicar y seguir la junta a soldar mediante un barrido de un diodo láser y la proyección del láser es capturada por una cámara digital. El sistema permite realizar inspección visual de la junta a través de una comparación de dimensión del cordón soldado. Además, controla la trayectoria y alineación de la antorcha de soldadura de un robot industrial por medio de un algoritmo de control que detecta la desalineación de la antorcha a través de la imagen capturada por la cámara. Finalmente, en la verificación del funcionamiento del sistema en tiempo real para el seguimiento de juntas e inspección de cordones de soldadura, se obtuvo como resultado un error mínimo de inspección en tiempo real de 0.18 mm en una junta a tope sin preparación, y junta en tipo “V”. En el sistema de seguimiento de juntas se obtuvo un error mínimo de 0.23 mm en la corrección cartesiana de desfase entre la antorcha de soldadura y el punto medio de la junta a soldar. Sobre los resultados se concluyó que los errores presentados en los resultados son mínimos, por lo que cumpliría con el requisito de corrección e inspección de soldadura en tiempo real, en acorde a los criterios de aceptación de inspección visual de la AWS D.1. / Tesis

La soldadura por fricción batido es un proceso de soldadura en estado sólido ampliamente usado en la unión de una amplia gama de metales comúnmente difíciles de soldar por procesos convencionales, entre los que destaca el aluminio y sus aleaciones, por lo que se usa como una alternativa muy útil para obtener juntas sanas y con una resistencia superior al promedio por tales procesos convencionales. En los últimos años, han aparecido variaciones y mejoras del proceso de soldadura por fricción batido, entre los que destaca la soldadura por fricción batido bajo el agua o bajo alimentación continua de líquido refrigerante, procesos que mejoran aún más las características microestructurales y las propiedades mecánicas de las juntas de aluminio soldadas. En el presente trabajo se realizó la comparación, análisis de la microestructura y obtención de las propiedades mecánicas de juntas soldadas a tope de planchas de la aleación de aluminio AA5052-H32 de 3mm, mediante el proceso de fricción batido convencional y bajo alimentación continua de refrigerante. Se emplearon diversos parámetros de soldadura, como velocidad de rotación y avance, con el objetivo de obtener juntas sanas y sin defectos. Se evaluaron los cupones por inspección visual y examinación radiográfica y se seleccionaron los cupones con juntas sanas y sin defectos para realizar los ensayos. Se realizó microscopía óptica para comparar y analizar las regiones características de las zonas soldadas, así como ensayos de dureza y tracción a la sección de soldadura, para comparar y analizar ambos procesos realizados, así como con las propiedades del metal base. Se analizó también las superficies de fractura. Se obtuvieron juntas sanas y sin defectos a 1000 rpm y 100 mm/min empleando el proceso de soldadura por fricción batido convencional y a 1700 rpm y 80 mm/min en el proceso de soldadura bajo alimentación continua de líquido refrigerante. Se observó que el efecto de ésta última es reducir el crecimiento del tamaño de grano, lo cual resulta en una mejora de las propiedades mecánicas de la junta soldada comparada con el proceso de soldadura realizado por fricción batido convencional, obteniendo valores de resistencia a la tracción de 208.5 MPa en el caso de la soldadura por fricción batido convencional y de 217.3 MPa en la soldada bajo alimentación continua de líquido refrigerante, comparados con los 238.6 MPa en el metal base, lo que se refleja en una eficiencia del 87.4% y 91.1% respectivamente. Las probetas rompieron en el lado de retroceso (LR). Asimismo, se obtuvieron valores ligeramente mayores de dureza en la zona batida del cupón soldado bajo fricción batido con alimentación continua de líquido refrigerante y se confirmó que en la zona de menor dureza es en donde ocurre la fractura. Las superficies de fractura fueron examinadas y presentaron zonas características de fractura dúctil. / Tesis