Tesis Magíster
Comportamiento de placas de cuznal para disipadores tipo adas
Autor
Heresi-Venegas, Pablo Camilo
Institución
Resumen
En esta investigaci´on se estudia experimental y anal´ıticamente el comportamiento de placas
tipo ADAS, fabricadas de una aleaci´on en base a cobre, frente a desplazamientos perpendiculares
a su plano. Estas placas son usadas en dispositivos de disipaci´on de energ´ıa s´ısmica en estructuras
civiles. La composici´on nominal de la aleaci´on es 75,35 %p.Cu - 16,90 %p.Zn - 7,71 %p.Al y corresponde
a una de las llamadas Aleaciones con Memoria de Forma (SMA).
Se fundieron dos aleaciones (Aleaci´on A y Aleaci´on B), las cuales se forjaron y mecanizaron
dejando probetas para ensayar en tracci´on y placas tipo ADAS. Ambas aleaciones poseen composiciones
s´olo cercanas a la nominal, pues es dif´ıcil controlar la r´apida evaporaci´on del Zinc. El
tratamiento t´ermico ´optimo para obtener fase austenita o martensita sin aumento excesivo del tama˜no
de grano en las placas ADAS consisti´o en el calentamiento del material a 850◦C durante 15
minutos para luego enfriarlo en agua a temperatura ambiente; sin embargo, el mismo tratamiento
produjo mayor tama˜no de grano en las probetas de tracci´on. En ambas aleaciones se encontr´o fase
martensita a temperatura ambiente, con temperaturas de transformaci´on Mf y Af de 270 y 400◦C,
respectivamente.
Se realizaron ensayos a tracci´on y ensayos a flexi´on. En los ensayos a tracci´on a las probetas,
se impusieron ciclos de deformaci´on en tracci´on pura (evitando compresi´on) hasta alrededor del
4,0 %. Las curvas tensi´on–deformaci´on obtenidas son caracter´ısticas de materiales SMA en fase
martens´ıtica. El M´odulo de Young es alrededor de 50 [GP a] para la Aleaci´on A y 55 [GP A] para la
Aleaci´on B, mientras que la tensi´on inicial del proceso de demaclado es alrededor de 190 [MP a] y
265 [MP a], respectivamente. En los ensayos a flexi´on a las placas ADAS, se usaron desplazamientos
c´ıclicos de amplitud creciente entre 0,5 [mm] y 40 [mm], obteniendo ciclos hister´eticos estables. A
partir de ´estos, se calcul´o la Fuerza M´axima, la Rigidez Secante, la Energ´ıa Disipada y la Raz´on de
Amortiguamiento Viscoso Equivalente. Al aumentar el desplazamiento, la Rigidez Secante disminuye
asint´oticamente hasta valores de alrededor un 40 % del valor inicial. Por otro lado, la Fuerza
M´axima, la Energ´ıa Disipada y la Raz´on de Amortiguamiento Equivalente aumentan, llegando esta
´ultima a valores entre 10 % y 15 % en todos los casos. La curvatura a lo largo de cada placa ADAS
se midi´o usando strain gauges en las fibras extremas, en 3 posiciones diferentes, resultando, para
peque˜nas deformaciones, curvaturas constantes tal como lo predice la teor´ıa el´astica. Finalmente
se observ´o, con un microscopio ´optico de bajo aumento, el tipo de fractura de probetas y placas
ADAS, siendo ´este intergranular en ambos casos.
A partir de los datos obtenidos de los ensayos a tracci´on, se ajust´o un modelo de ley constitutiva
multilineal, que se incorpor´o a un modelo computacional de elementos finitos y fibras para predecir
el comportamiento flexural de placas tipo ADAS. El modelo predice de buena forma tanto la Fuerza
M´axima como la Rigidez Secante de los ciclos, con errores menores al 7,1 % y 7,3 %, respectivamente.
La Energ´ıa Disipada y la Raz´on de Amortiguamiento Equivalente son sobreestimadas por
el modelo para desplazamientos m´as all´a de la fluencia, debido principalmente a la diferencia de
rigidez al descargar el material supuesta por la ley constitutiva respecto del resultado experimental.
Finalmente, la Rigidez El´astica y la Fuerza de Fluencia calculadas a partir de los ensayos son
correctamente predichas por el modelo con errores m´aximos del 12,5 % y 22,7 %, respectivamente,
mientras que las f´ormulas te´oricas deducidas para placas ADAS estiman tales par´ametros con
errores m´aximos del 13,4 % y 27,8 %. PFCHA-Becas Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Ingeniería Sísmica 153p. PFCHA-Becas TERMINADA