DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGA Y MECNICA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA “ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LAS JUNTAS SOLDADAS EN PERFILES DE ACERO CONFORMADO EN FRÍO UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS METÁLICAS, DESTINADAS PARA VIVIENDAS DE HASTA 3 PISOS, PARA EL DMQ. ” AUTOR: PATRICIO DANIEL LÓPEZ GRANJA, FELIPE PATRICIO NARVÁEZ VILLAROEL DIRECTOR: ING. JOSÉ PÉREZ CODIRECTOR: ING. GABRIEL OROZCO

CAPÍTULO 1 GENERALIDADES

OBJETIVO GENERAL • Estudiar el comportamiento mecánico de las juntas soldadas en perfiles de acero conformado en frío utilizados en estructuras metálicas, destinadas para viviendas de hasta 3 pisos para el DMQ.

CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO Proceso de deformación por plegadora. Fuente: Proceso de fabricación de perfiles especiales por plegadora IPAC S. A. Proceso de deformación por trenes de laminación en frío. Fuente: Proceso de fabricación de perfiles predefinidos por trenes de laminación en frío IPAC S. A.

Influencia conformado en frío en las propiedades: Efecto de inclusiones sobre el agrietamiento. Fuente: Manufactura, ingeniería y tecnología, Kalpakjian y Schmid, Fig. 16. 17 Efectos del conformado en frío en las propiedades mecánicas en sus diferentes secciones. Fuente: Cold-formed steel design, Wei-Wen Yu, PH. d. , P. E. , Figura 2. 3 a

CAPÍTULO 3 CALIFICACIOÓN DE MATERIAL ASTM A 36 El control de calidad de los productos de acero comprenderá, en cada caso, la comprobación de las características relativas a: a) Sus características geométricas, según norma INEN 1623. b) Sus principales características mecánicas, según norma ASTM A 36, AISI S 100. c) Su microestructura, según la norma ASTM E 3 y ASM handbook (Manual) volumen 9. d) Su composición química, según la norma ASTM A 36.

Tabla de resultados calificación del material:

CAPÍTULO 4 SELECCIÓN DE JUNTAS Y PROCESOS DE SOLDADURA Soldadura de penetración abierta en "v" (columna, viga) Soldadura CJP a tope (conexión columna, viga-viga) Soldadura CJP a tope (columna-viga)

Tipos de juntas: Soldadura CJP a tope (conexión columna, viga-viga) Soldadura filete (conexión viga principal viga secundaria)

Construcción de probetas: • Hoja de proceso • Réplica estructura metálica • Extracción de probetas • Especificación de proceso de soldadura (WPS)

CAPÍTULO 5 ENSAYOS MECÁNICOS Y METALOGRÁFICOS DE JUNTAS SOLDADAS • Inspección Visual Viga principal lado A réplica sector Norte DMQ proceso GMAW Ext. Columna réplica sector Centro DMQ proceso SMAW E 6011

• Líquidos Penetrantes Columna lado A réplica sector Sur DMQ GMAW Viga secundaria lado B réplica sector Norte DMQ SMAW

Ensayos Metalográficos:

Ensayos de tracción y doblado:

Ensayos de filetes macro-ataque y zonas en la soldadura:

CAPÍTULO 7 ANÁLISIS ECONÓMICO • En las siguientes tablas podemos observar los costos totales para realizar tanto el estudio que en síntesis abarca: – Estudio del material conformado en frío – Soldadura de los tipos de juntas soldadas más importantes en los diferentes sectores del DMQ. – Estudio del comportamiento mecánico en base a ensayos destructivos y no destructivos.

CAPÍTULO 8 Conclusiones: • Los resultados obtenidos en las pruebas de laboratorio son desfavorables, debido a que un gran número de probetas no cumplieron los requerimientos mínimos que dictan las distintas normas mencionadas a lo largo del documento. • La calificación del material ASTM A 36 obtenidos de construcciones en diferentes sectores del DMQ, dio resultados satisfactorios, con base en los ensayos químicos, metalúrgicos y mecánicos. El material analizado cumple con los requisitos que estipulan las normas.

• Los datos obtenidos de los ensayos mecánicos, ensayos de doblado y ensayos de macro-ataque son desfavorables, ya que el 50%, 61% y 72% de las probetas ensayadas respectivamente, fallaron. Esto refleja la deficiencia de la soldadura siendo el foco de fallo las discontinuidades o defectos encontrados en la soldadura como ser poros, falta de fusión, grietas y socavados, entre otros. • A nivel estructural, un defecto importante en las juntas de columna-viga y viga principal-viga secundaria, es la falta de fusión que se observó en los ensayos de macro-ataque, siendo el problema principal para que la junta falle en caso de un sismo. Es decir, la habilidad del soldador es predominante y hay que tener mayor control en este tipo de juntas.

Recomendaciones • Elaborar una norma ecuatoriana o manual de diseño de acero conformado en frío, con base en normas internacionales, que estipule los materiales que pueden ser usados, así como los tipos de conexiones y juntas, tipos de procesos de soldadura aplicables, tipos de estructuras, tipos de miembros, considerando los peligros geográficos de nuestro entorno. • Considerar las condiciones ambientales, tanto en soldadura de campo como en taller, ya que es la causa de grietas y poros en la soldadura. • Crear un Organismo Público de Control de Calidad de la Soldadura, encargado de inspeccionar todo tipo de construcciones metálicas, así como dar capacitaciones, charlas, dar a conocer nuevas normas nacionales e internacionales con sus respectivos suplementos, a fin de evitar la mala construcción y así ante un desastre natural se reduzcan al máximo las pérdidas humanas.

GRACIAS