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Comportamiento de secciones de acero formado en frío tipo cajón cerrado a partir de perfiles secciones C

 

Tesis de Maestría
Director: Andrés Guzmán
Estudiante: Wilson Reyes
Línea de Investigación asociada: Materiales de construcción
Empresa patrocinante: ACESCO
 
Descripción
 

ACESCO es una empresa colombiana con más de 40 años de existencia que se especializa en la producción y distribución de elementos de aceros planos. La empresa detectó que actualmente no se cuenta en el mundo con una reglamentación clara en cuanto a la separación entre soldaduras presentes en perfiles estructurales tipo cajón (sección transversal rectangular) construidos a partir de dos perfiles estructurales tipo “C”, en caso de no contar con una unión continua. En Colombia, se acostumbra por tradición el usar soldaduras cada 30 cm sin tener en cuenta especificaciones detalladas relacionadas con los materiales o las características de los perfiles utilizados.


 

En nuestro medio existe una demanda cada vez más grande del uso de perfiles formados en frío a partir de lámina delgada de acero. Los espesores de uso común varían desde 1.2 mm hasta 3.0 mm para aplicaciones como correas de cubierta, construcción de cerchas y pórticos. Estos perfiles usualmente vienen en secciones tipo C abierta las cuales son confrontadas boca a boca con la finalidad de conformar un cajón. Este acoplamiento se realiza con una soldadura insuficiente para garantizar un comportamiento en el cual no falle ninguno de los miembros de manera individual por la falta de una unión sólida entre las dos secciones “C”. 


 

La fase experimental involucró la fabricación de especímenes de sección cajón con dimensiones de perfil C100x50x15 (altura x aleta x pestaña) de 900 mm de longitud que se ensayaron a compresión uniaxial céntrica en la máquina universal de ensayos del laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte. La soldadura empleada fue del tipo E6011 con longitudes de cordón de 50 mm distanciados a 100, 300, 600 y 900 mm con el fin de evaluar su comportamiento.
 

 

 

Resultados e Impacto:

 

La resistencia a la compresión de secciones C (100x50x15) Sencilla y Cajón, para una calidad de acero ASTM A1008 – Grado 40, oscila entre 54.5 a 89.5 kN y 127 y 221  kN respectivamente, siendo el límite menor para espesores de 1.5 mm y el mayor para espesores de 2.0 mm.

 

 

 

La capacidad máxima a carga axial no se vio reducida por el incremento de la separación entre cordones de soldadura, para el rango tomado como estudio. Se propone como trabajo futuro la construcción de un marco de carga para mayor longitud de especímenes con el fin de evaluar mayores separaciones entre cordones de soldadura. 

 

La mejor ecuación que describe el comportamiento mostrado en los diferentes ensayos realizados en el estudio es la planteada por la AISC en su edición de 2005. Esta relación se describe a continuación: 

La mejor ecuación que describe el comportamiento mostrado en los diferentes ensayos realizados en el estudio es la planteada por la AISC en su edición de 2005. Esta relación se describe a continuación: 

 
cuando a/ri>50
cuando a/ri<50
 


donde a es la longitud entre cordones de soldadura, ri el radio de giro de la sección, KL la longitud efectiva del perfil. 
 

Análisis económico: Los bajos costos de mano de obra en nuestro país permiten la conformación de secciones cajón con soldadura de campo. El costo de secciones tubulares cerradas en nuestro medio sobrepasa el costo de adquirir dos secciones C y acoplarlas con soldadura eléctrica. Por ser una alternativa económica viable es muy importante definir una distancia ideal entre soldaduras de acople de dos secciones. 

Un miembro armado con un cordón interrumpido cada 300 mm es un 31.0% más económico que acoplar las secciones con un cordón corrido y será más económico que un tubo estructural cerrado y sin junta en un 22.7%.
 

 

La mejor ecuación que describe el comportamiento mostrado en los diferentes ensayos realizados en el estudio es la planteada por la AISC en su edición de 2005. Esta relación se describe a continuación: 

 

La mejor ecuación que describe el comportamiento mostrado en los diferentes ensayos realizados en el estudio es la planteada por la AISC en su edición de 2005. Esta relación se describe a continuación: 

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