Debido a los fenómenos térmicos que se generan durante el proceso de soldadura, las partes soldadas de acero, al enfriarse, generan esfuerzos internos de tracción o compresión que afectan sus dimensiones, sus propiedades mecánicas, e incluso forman fisuras que ponen en riesgo la vida útil de una estructura metálica, sobre todo cuando ésta se encuentra sometida a cargas cíclicas. El método utilizado con mayor frecuencia para mitigar dichos esfuerzos residuales es el tratamiento térmico de alivio de tensiones, sin embargo existen otros métodos mecánicos que persiguen el mismo efecto, algunos de los cuales se basan en la inducción de vibraciones mecánicas. Esta investigación tiene por objeto medir la magnitud en la que se reducen los esfuerzos residuales post soldadura mediante el proceso de alivio de tensiones por vibraciones a frecuencias subarmónicas y contrastarla contra la reducción producida por efecto de la aplicación del tratamiento térmico de alivio de tensiones. El método utilizado en esta tesis para cuantificar la reducción en la magnitud de los esfuerzos residuales incluyó la medición de tensiones residuales mediante la técnica de difracción de rayos X (DRX). Las mediciones fueron realizadas en dos probetas idénticas sometidas al mismo proceso de soldadura en puntos cercanos a la unión soldada, y el resultado experimental reportó una reducción en la magnitud de los esfuerzos residuales longitudinales de tracción de hasta 85% en la probeta sometida al tratamiento térmico de alivio de tensiones; mientras que las mediciones fueron mixtas en el caso de la probeta sometida al proceso de alivio por vibraciones subarmónicas, pues en algunos puntos de ella no se reportaron reducciones significativas mientras que en otros se evidenció una reducción de esfuerzos residuales de hasta 45%.

Ingeniera Civil / Este trabajo de título estudia de forma experimental el comportamiento de uniones viga-columna de marco rígido en acero a escala real, bajo condiciones de carga cíclica. El tipo de conexión utilizada para materializar dicha unión es la llamada DST (Double Split Tee), que corresponde a una conexión apernada parcialmente rígida. Ésta fue propuesta por FEMA en el año 2000 en el marco de la investigación llevada a cabo por el SAC Steel Project sobre conexiones de momento, después de las fallas frágiles que éstas experimentaron durante el terremoto de Northridge de 1994, EEUU. La conexión DST consiste en un par de perfiles T, o T-stubs, que conectan mediante pernos ambas alas de la viga con el ala de la columna. Su proceso de precalificación se llevó a cabo para T-stubs elaborados a partir de secciones laminadas, cuya disponibilidad es aún limitada en varios países, incluyendo Chile, y cuyo rango de relación de espesores entre alma y alas es acotado. Estas razones conllevaron a estudiar el uso de perfiles T soldados como una alternativa en la conexión DST, considerando que brindan una mayor libertad de dimensionamiento y un mayor aprovechamiento de material. Se ensayaron tres uniones viga-columna utilizando T-stubs soldados, cuyo diseño tuvo como énfasis lograr un comportamiento dúctil, estable, y que permitiera determinar su capacidad sísmica. Las fallas inducidas en estos especímenes fueron: (a) plastificación en la conexión y (b) formación de rótulas plásticas en la viga. Durante los ensayos, los especímenes se comportaron según lo pronosticado, presentando la respuesta dúctil esperada y sin daño en las soldaduras de los T-stubs, validando el uso de las recomendaciones de diseño actuales para este tipo de conexión cuando se utilizan perfiles T soldados. Los datos registrados indican que el efecto de apalancamiento experimentado por las alas de los T-stubs y el desarrollo de rótulas plásticas en las vigas son los mecanismos de falla que más contribuyen a la disipación de energía en la conexión. Finalmente, los tres especímenes cumplen con los requerimientos de resistencia para marcos rígidos especiales (SMF), debido a que fueron capaces de sostener una deformación angular entre piso de 0,04 radianes y de alcanzar una resistencia superior a un 80% del momento plástico de la viga para esa deformación. Esta investigación se realizó gracias al financiamiento otorgado por el proyecto FONDECYT N° 1140628.

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. / Tesis

En el presente trabajo se evaluó la especificación de procedimiento de soldadura para la unión disímil entre una brida y una tubería de materiales API 5L X70 PSL1 y ASTM A707 L5 F65 (no homologado por ASME) respectivamente, ambas de 24 pulgadas de diámetro y 21.5 milímetros de espesor. Los procesos de soldadura empleados fueron GTAW y SMAW, el primero para el pase de raíz y el segundo para los pases de relleno. El objetivo general de la tesis es el de calificar el procedimiento de soldadura para la unión entre la brida y la tubería antes mencionadas, con la finalidad de asegurar su implementación en el sistema de transporte de gas natural por ductos. La caracterización de los materiales base se realizó a través de ensayos de análisis químico y de tracción. El análisis químico reveló que el acero ASTM A707 L5 F65 presenta variaciones con respecto a la composición química nominal del acero ASTM A707 L5 Cl4, particularmente, en los porcentajes en peso de manganeso y molibdeno. Asimismo, se realizaron ensayos de calificación del procedimiento de soldadura. Del cupón soldado se extrajeron dos probetas para ensayos de tracción, cuatro probetas para ensayos de doblez lateral y nueve probetas para ensayos de impacto. En los ensayos de tracción la fractura se presentó en el material base y los esfuerzos máximos obtenidos fueron ligeramente mayores al esfuerzo de tracción de la junta soldada, los ensayos de doblado no revelaron defectos relevantes y en los ensayos de impacto los valores de energía absorbida por el material fueron mayores al mínimo establecido por la especificación técnica API 5L. Por otro lado, se realizaron ensayos de inspección visual y de macrografía, los cuales no revelaron discontinuidades en el cordón que afectaran la calidad del mismo. Sobre la base de los resultados obtenidos se concluyó que, según lo estipulado en el código ASME sección IX, el procedimiento de soldadura propuesto se encuentra calificado y, por consiguiente, la ejecución del cordón de soldadura entre la brida y la tubería mencionadas debe realizarse en función de dicho procedimiento.

The present master thesis is dealing with the influence of workpiece temperature in the process loads, generated during the FSW process. The investigation is focused on welding of the magnesium alloy AZ31. To affect the initial temperature of the joining members, two different methods are investigated. by using a laser, the material is heated and soften local direct in front of the welding tool. In contrast, a heating element, located beneath the workpieces, enable the heating of a laser area. The consequences of both methods are regarded and compared in the investigation. In addition, the comparison to the conventional welding process is made. Thereby, main aspects are the rached load levels as well as surface appearance and tensile properties. the successfully reduction of process forces is obtained for both procedures; however, the tensile properties got worse. / Das Anliegen dieser Arbeit ist es, den Einfluss der Ausgangstemperatur der zu fügenden Teile auf die für den Rührreibprozess charakteristischen Belastungen zu erarbeiten. Fokus der Untersuchungen lag dabei auf dem Fügen der Magnesiumbasislegierung AZ31. Die Erhöhung der Grundtemperatur der Werkstoffe wurde dabei auf zwei unterschiedliche Weisen erzeugt. Zum einen das lokale aufwärmen und Erweichen der Fügepartner, welches durch den Einsatz eines Lasers erreicht wurde, der direkt vor dem Schweißwerkzeug angebracht war. Die andere Methode beinhaltete das Einsetzen eines Heizelementes unter den Werkstoffen. Dadurch wurde eine gleichmäßige Erwärmung über die gesamte Fläche erreicht. Im Verlauf der Untersuchung wurden die Ergebnisse beider Methoden betrachtet und hinsichtlich der Prozesskräfte sowie Oberflächenbeschaffenheit und Festigkeitseigenschaften verglichen. Dazu wurden auch Schweißungen des konventionellen Rührreibschweißverfahrens herangezogen. Als Ergebnis konnte eine deutliche Verringerung der Prozesskräfte für beide Verfahren festgestellt werden. Allerdings war eine Verschlechterung der Festigkeitswerte zu beobachten. / Tesis

En los últimos años, el uso de estructuras metálicas con perfiles tubulares ha experimentado un notable aumento debido a su comportamiento estructural y su aspecto estético en las construcciones. Como resultado, se han desarrollado normativas para regular el dimensionamiento y comportamiento de las uniones de este tipo de perfiles estructurales. Los programas de análisis por elementos finitos se han convertido en herramientas poderosas para simular y optimizar el comportamiento de las estructuras. En este trabajo, se presenta un estudio numérico de uniones soldadas tipo K con espaciamiento, utilizando perfiles tubulares de acero de sección cuadrada en las diagonales y el cordón. Se desarrollaron modelos numéricos con un estudio de refinamiento de malla y condiciones de borde para determinar la configuración más eficiente. Los modelos se calibraron utilizando ensayos experimentales de autores citados en la bibliografía, y se llevó a cabo un estudio paramétrico variando el espaciamiento entre las diagonales y el material de los perfiles disponibles en el mercado nacional. Se compararon las tensiones máximas antes de la falla según los criterios establecidos por la normativa. En general, los modelos calibrados mostraron una excelente correlación con los ensayos experimentales, validando el estudio paramétrico de las uniones que permiten identificar configuraciones seguras de uniones tubulares, optimizando el proceso de diseño y evitando costosos ensayos experimentales. Los resultados obtenidos demostraron que las uniones con menor espaciamiento son más resistentes.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil / En este trabajo de título se presenta el estudio numérico en base a elementos finitos de una conexión a momento tipo End-Plate , la cual consiste en una placa de acero soldada a la sección transversal de la viga, donde la unión se produce al apernar la placa a la columna solo que en este caso la placa se conectará a una plancha unida a placas de continuidad instaladas en el alma de la columna, a diferencia de una unión por eje fuerte en que la placa End-Plate es apernada a las alas y no por la zona del alma. Para llevar a cabo el diseño de dicha conexión, en el programa de análisis estructural ETABS 2016 se modeló un edificio de oficinas de 4 pisos de altura compuesto por marcos a momento ubicado en Santiago, Chile, y su diseño fue hecho de acuerdo a lo establecido por la norma NCh433 Diseño sísmico de edificios y por las especificaciones AISC 341 y AISC 360. Con los perfiles vigas y columnas obtenidos, se diseña la conexión de acuerdo a la norma AISC 358-16 Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications debido a que la conexión End-Plate está precalificada para su uso y la unión propuesta pretende ser análoga a una unión por eje fuerte. Finalizado el diseño, en el programa de elementos finitos ANSYS v17.2 se lleva a cabo el estudio numérico y consiste en el análisis de 4 configuraciones de la conexión, bajo diferentes niveles de carga axial, sometidos a desplazamientos controlados cuya aplicación se hace de acuerdo al protocolo de carga establecido en AISC 341-16 con el objetivo de identificar zonas de falla y de verificar que se cumpla la filosofía de diseño empleada en el diseño de la conexión. Al analizar los resultados obtenidos es posible observar que la conexión propuesta para uniones por eje débil presenta un comportamiento semi-rígido según lo definido en la norma AISC 341-16 y además provoca una disminución en la rigidez de aquellas vigas que llegan a la columna por el eje fuerte debido a plastificaciones locales observadas en las alas y alma de la columna a medida que se incrementa el número de vigas que llega al nodo de conexión y el nivel de carga axial. Sin embargo, a pesar de que se cumple con el requisito de resistencia mínima para que la conexión pueda ser utilizada en marcos especiales a momento, se observan plastificaciones locales en los alrededores de la zona panel de la columna cuando se conecta más de una viga en la zona de unión, lo que lleva a proponer para futuras investigaciones el análisis de implementación de otros métodos de rigidización de dicha zona para evitar que la columna incursione en rango inelástico o bien llevar a cabo estudios de desempeño sísmico de otras conexiones pre-calificadas cuando son implementadas por eje débil para ampliar la gama de conexiones disponibles para este tipo de uniones y establecer con mayor claridad cuando es factible su utilización.

El presente proyecto de tesis consiste en la simulación numérica de un proceso de soldadura, para tal fin se desarrolla un modelo termo-mecánico tridimensional con prescripción de temperatura basado en la hipótesis de desacople del proceso de soldadura en tres grandes campos (campo de temperaturas, campo de esfuerzos y deformaciones y campo de estado microestructural) y la influencia mutua que existe entre ellos. Se llevan a cabo dos estudios, primero un estudio térmico transitorio con el fin de obtener la historia térmica, la misma que luego servirá como carga externa (información de entrada) para el estudio mecánico no lineal, con el fin de alcanzar el principal objetivo que es conocer la historia de esfuerzos a lo largo del proceso y la magnitud de los esfuerzos residuales. / Tesis

En el presente trabajo se estudió la soldabilidad de una unión disimilar formada por el acero estructural ASTM A36 y la aleación de aluminio AA5052-H34. Las uniones disimilares obtenidas no lograron alcanzar la resistencia mecánica mínima indicada en el código AWS B 2.1 que establece que este tipo de uniones como mínimo deben alcanzar 170 MPa de resistencia a la tracción. En esta investigación los mejores resultados obtenidos alcanzaron los 86 MPa de resistencia a la tracción, representando el 50,6% de lo requerido por el código. De los resultados se determinó que no es posible obtener uniones, entre el acero estructural ASTM A36 y la aleación de aluminio AA5052-H34, empleando un solo metal de aporte, pues se presentan problemas de soldabilidad básicamente entre el aporte y el acero. Se hace necesario realizar el proceso de enmantequillado o buttering en el lado del acero mediante el electrodo Cu-8Al. Luego de realizado el buttering, para la elaboración de los cupones de soldadura disimilares se emplearon diversos materiales de aporte y procesos de soldadura en la búsqueda de un procedimiento de soldadura que cumpla con lo estipulado en el código AWS B2.1. Para el desarrollo de este trabajo, se emplearon los procesos de soldadura más comunes en el medio como SMAW, GMAW y GTAW. El procedimiento de soldadura con el que se obtuvieron las mejores propiedades mecánicas fue el realizado mediante el buttering a cinco pasadas mediante el proceso SMAW (62 A, 25 V) y realizando la unión con el proceso GMAW usando un aporte de Al-5Si (15.4 V, 105 A). Estas uniones no cumplieron lo requerido por el código en resistencia mecánica, ni en el ensayo de doblado, pues durante ambos ensayos se produce desprendimiento del buttering y el metal de aporte. En el barrido de durezas realizado a la sección transversal del cordón, en las uniones mencionadas, se apreció que no existe mayor variación en los valores de dureza encontrados en las ZAC de ambos metales, lo que demuestra que se evitó la formación de zonas duras. / 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.