Cables de Acero

Cables de AceroLos cables son elementos flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeas en relacin con lalongitud, por los cual su resistencia es solo a tensin dirigida a lo largo del cable. La carga de tensin se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo que cada hilo quede sometido a la misma tensinadmisible.

El Cable de Acero es una mquina simple, que est compuesto de un conjunto de elementos que transmiten fuerzas, movimientos y energa entre dos puntos, de una manera predeterminada para lograr un fin deseado.El conocimiento pleno del inherente potencial y uso de un Cable de Acero, es esencial para elegir el cable ms adecuado para una faena o equipo, tomando en cuenta la gran cantidad de tipos de cables disponibles.

Cada cable de acero, con sus variables de dimetro, construccin, calidad de alambre, torcido, y su alma; se disean y fabrican cumpliendo las Normas Internacionales como:American Petroleum Institute (A.P.I. Standard 9A)American Federal Specification (RR-W-410D)American Society For Testing & Materials (A.S.T.M.)British Standards Institute (B.S.)Deutsches Normenausschuss (D.I.N.)International Organization for Standardization (I.S.O.)

ComportamientoPor su flexibilidad, los cables cambian su forma de acuerdo a las cargas a las que esta sometida y pueden dividirse en dos categoras:Cables que soportan cargas concentradas. Forma de polgono funicular, esta es la forma natural requerida para que las cargas sean de tensin.

2. Cables que sostienen cargas distribuidas. Para una carga distribuida horizontal adquiere la forma de una parbola y para el peso propio adquiere la forma denominada catenaria.

CABLE DE ACERO Y SUS ELEMENTOSAlambre: Es el componente bsico del cable de acero, el cual es fabricado en diversas calidades, segn el uso al que se destine el cable final.Torn: Est formado por un nmero de alambres de acuerdo a su construccin, que son enrollados helicoidalmente alrededor de un centro, en una o varias capas.Alma: Es el eje central del cable donde se enrollan los torones. Esta alma puede ser de acero, fibras naturales o de polipropileno.Cable: Es el producto final que est formado por varios torones, que son enrollados helicoidalmente alrededor de un alma.

Clasificaciones y caractersticas del cable de acero. La cantidad de torones y su construccin determinan la clasificacin del cable de acero. Los alambres son los elementos bsicos de la fabricacin de un cable de acero. Estn colocados alrededor de un "centro" con un patrn determinado en una o ms capas para formar cordones o torones. Estos torones se colocan alrededor de un ncleo o alma para formar un cable de acero. Los torones suministran todo la resistencia a la tensin de un cable con alma de fibra y ms del 90% de la resistencia de un cable de acero con un alma de cable de acero independiente. Caractersticas tales como la resistencia a la fatiga y la resistencia a la abrasin son afectadas directamente por el diseo de los torones. En la mayora de los torones con dos o ms capas de alambre, las capas interiores sostienen a las exteriores de tal manera que todos los alambres puedan deslizarse y adaptarse libremente cuando el cable se dobla. Como regla general, un cable que est hecho con torones de pocos alambres gruesos ser ms resistente a la abrasin y menos resistente a la fatiga que un cable de las mismas medidas hecho de torones de muchos alambres finos. Las construcciones bsicas de los torones se indican abajo:

Capa simple. El ejemplo ms comn de una construccin de capa simple es un torn de 7 alambres. Tiene un centro de un solo alambre con seis alambres del mismo dimetro alrededor.

Seale. Esta construccin tiene dos capas de alambres alrededor de un alambre central con la misma cantidad de alambres en cada capa. Todos los alambres de cada capa son del mismo dimetro. El torn est diseado de tal manera que los gruesos alambres exteriores descansan en los valles entre los alambres interiores ms finos. Ejemplo: torn 19 Seale (1-9-9).

Filler. Esta construccin tiene dos capas de alambre de tamao uniforme alrededor de un alambre central, siendo que la capa interior tiene la mitad de los alambres de la capa exterior. Pequeos alambres de relleno, iguales en nmero a la capa interior, se colocan en los valles de la capa interior. Ejemplo, torn 25 Filler (l-6-6f-12).

Warrington. Esta construccin tiene dos capas con un dimetro de alambre en la capa interior, y dos dimetros de alambre alternando entre grueso y fino en la capa exterior. Los alambres grandes de la capa exterior descansan en los valles, y los ms finos en el coronamiento de la capa interior. Ejemplo: 19 Warrington

Patrones combinados. Cuando se construye un torn en una sola operacin utilizando dos o ms de las construcciones mencionadas arriba, se llama "patrn combinado". Este ejemplo es una construccin Seale en sus primeras dos capas. La tercera capa utiliza la construccin Warrington, y la capa exterior es una Seale. Se describe como: 49 Seale Warrington Seale [l-8-8-(8+8)-16].

Clasificacin estndar de cables.

Todos los cables del mismo tamao, grado y alma en cada clasificacin tienen la misma resistencia nominal y peso por pie. Construcciones distintas dentro de cada clasificacin difieren en sus caractersticas de trabajo. Estas caractersticas deben ser consideradas cada vez que se seleccione un cable de acero para una aplicacin especfica. Es valida para los 7 y 8 torones.Clasificacin

Alambres por Torn 6x7 7 a 15 6x19 16 a 26 6x36 27 a 49 6x61 50 a 74 Cables de construccin especial.

Ciertas condiciones operativas inusuales frecuentemente requieren cables de diseo especial, para soportar mejor las tensiones o el medio ambiente que podran disminuir el desempeo de diseos ms convencionales. Los cables que podran adaptarse a dichos requerimientos incluyen los siguientes:7 Torones. Una construccin de cable de acero que ofrece resistencia mejorada a la fatiga por flexin comparado con un cable de 6 torones del mismo dimetro, debido a la combinacin del tamao del alambre exterior y el sptimo torn. El uso de la construccin 6 Warrington Seale (WS) permite un buen balance de caractersticas operativas.

Cable de 8 torones. En general, los cables de 8 torones estn diseados para aplicaciones especializadas que pueden tomar ventaja de sus caractersticas especiales. Estos cables de 8 torones tendrn torones ms pequeos y un ncleo ms grande que un cable de 6 torones del mismo dimetro. As, puede esperarse que exhiba mayor flexibilidad, pero menor resistencia nominal debido a la reduccin del rea metlica en el corte transversal del torn. Un cable estndar de 8 torones, como regla general ser menos estable que un cable de 6 torones y estar mas sujeto a la compresin, especialmente si tiene alma de fibra.

Torn Compactado (triangular). Estos cables se caracterizan por torones "modelados" formados de tal manera que se cierren muy juntos para obtener una mayor rea metlica en su corte transversal y mayor superficie de apoyo en ruedas de poleas y cilindros.

Cable estampado. Estos cables ofrecen mayor resistencia que los cables estndar del mismo dimetro mientras que proveen mayor resistencia a la compresin, roce y deterioros superficiales similares en los cilindros o tambores. Durante la fabricacin, el cable es estampado para producir un corte transversal compacto con un mnimo de espacio vaco y mayor rea superficial.

El alma del cable forma el cimiento de los torones. La funcin primaria del alma del cable de acero es servir como cimiento para los torones - para mantener el cable redondo y a los torones posicionados correctamente durante la operacin. Su eleccin del alma tendr un efecto sobre el desempeo del cable. Los tres tipos de almas utilizados con mayor frecuencia son: 1) Alma de fibra. El estndar es el polipropileno, pero, bajo pedido especial hay disponibles fibras naturales o fabricadas manualmente. 2) Alma de cable de acero independiente. Literalmente un cable de acero independiente con alma y torones llamado IWRC. La mayora de los cables de acero fabricados con alma de acero utilizan un WRC. 3) Alma de torn: Un torn hecho de alambres, utilizado tpicamente en cables de servicios pblicos.

Los tipos bsicos de alambres utilizados en cables de acero. Alambre brillante. La mayora de los cables estn hechos de alambres sin revestimientos (brillantes), que se fabrican con acero de alto carbono. Los procesos qumicos del acero utilizado, y la prctica utilizada para trefilar el alambre son muy variados, para permitir en el cable terminado la mejor combinacin de resistencia a la tensin, a la fatiga y al desgaste.

Alambre galvanizado. Utilizado con frecuencia para aumentar la resistencia a la corrosin de los cables de acero. Utilizamos los dos siguientes procedimientos para fabricar el alambre galvanizado: Galvanizado a la medida final. Primero se trefila como alambre brillante a una medida predeterminada que es menor que la medida final requerida. Este alambre es pasado por la lnea de galvanizado, y el revestimiento de zinc resultante aumenta el dimetro del alambre a la medida final. El alambre galvanizado a la medida final posee una resistencia menor en un 10% al del alambre brillante de la misma medida y tipo. Por lo tanto los cables hechos de este alambre poseen una resistencia nominal que es un 10% menor que el cable brillante del mismo grado y medida. Alambre trefilado galvanizado. Es galvanizado antes que se termine el trefilado a la medida final. Dado que el revestimiento de galvanizacin pasa por el proceso de trefilado, es mucho ms fino que el revestimiento del alambre galvanizado a la medida final. Los alambres galvanizados trefilados a la medida final son iguales en resistencia a los de la misma medida y tipo de alambre brillante, y el cable trefilado galvanizado es igual en resistencia al cable brillante de las mismas medidas y grado.

Cable galvanizado de aviacin. Un alambre galvanizado que posee ms resistencia a la tensin y fatiga. Se usa principalmente en los cables de control de los aviones. Alambre de acero Inoxidable. Esta es una aleacin especial que contiene aproximadamente 18% de cromo y 8% de nquel. Posee una elevada resistencia a muchas condiciones corrosivas y es extensamente utilizado en cables para yates y cables de control.

'Torcido" tiene tres significados en el diseo de cables.

Los primeros dos significados de "torcido" son descriptivos del alambre y posiciones de los torones en el cable. El tercer significado es una medida de longitud utilizada en la fabricacin e inspeccin.

1. La DIRECCIN de los torones tendidos en el cable- derecha o izquierda. Cuando se mira a lo largo del cable, los torones de un "torcido" a la derecha se alejan hacia la derecha. "Torcido" a la izquierda es lo opuesto. (No importa desde que lado lo observe.)

2. La RELACIN entre la direccin de los torones en el cable y la direccin que los alambres estn en los torones.

En apariencia, los alambres en "torcido regular" corren directamente a lo largo del cable, y en "torcido lang" parecen cruzar en ngulo a lo largo del cable. En "torcido regular" los alambres estn colocados en el torn en direccin opuesta a la colocacin del torn en el cable. En "torcido lang" los alambres estn colocados en el torn en la misma direccin que los torones en el cable. 3. La LONGITUD a lo largo del cable en la que el torn hace una espiral completa alrededor del alma del cable. Esta es una medicin utilizada frecuentemente en la inspeccin de cables. Las regulaciones y estndares requieren su remocin cuando se encuentra un cierto nmero de alambres rotos por cada vuelta o "torcido".

El torcido de un cable afecta sus caractersticas operativas. El "torcido regular" es ms estable y resistente a la compresin que el "torcido lang". Mientras que el "torcido lang" es ms resistente a la fatiga y a la abrasin, su uso est normalmente limitado a poleas simples y cuando el cable y su carga estn impedidos de rotar.

SELECCIN DEL CABLE APROPIADOLa clave del problema de la seleccin del cable ms indicado para cada trabajo est en equilibrar correctamente los siguientes factores principales:Carga de rotura (Resistencia)Resistencia a las Flexiones y Vibraciones (FATIGA)Resistencia a la AbrasinResistencia al AplastamientoResistencia de ReservaExposicin a la corrosin

RESISTENCIACarga de RoturaEl primer paso consiste en determinar la mxima carga que el cable deber soportar, teniendo en cuenta no slo la carga esttica, sino tambin las cargas causadas por arranques y paradas repentinas, cargas de impacto, altas velocidades, friccin en poleas, etc. Por razones de seguridad se recomienda normalmente multiplicar, la carga de trabajo por un factor, indicado en la tabla de factor de seguridad.

FATIGAResistencia a las Flexiones y VibracionesSi un trozo de alambre se dobla varias veces, eventualmente se romper; esto es debido al fenmeno llamado "Fatiga de Flexin". Este mismo fenmeno tiene lugar siempre que un cable de acero se dobla alrededor de poleas, tambores o rodillos. A menor radio de curvatura mayor es la accin de la fatiga. Los aumentos de la velocidad de operacin y las flexiones en sentidos contrarios tambin aumentan este efecto. El mismo fenmeno es producido por vibraciones en cualquier parte del cable.

La fatiga se reduce si las poleas o tambores tienen al menos los dimetros mnimos aceptables para cada tipo de cable.

ABRASIONLa abrasin es quizs el enemigo ms comn y destructivo del cable de acero. Se produce siempre que el cable roza o es arrastrado contra cualquier material. Este roce debilita el cable al producir desgaste en los alambres exteriores.Como en el caso de la fatiga, el mejor remedio para el desgaste excesivo es utilizar la construccin ms apropiada. Como regla general, a menor nmero de alambres y mayor dimetro de ellos, mayor es la resistencia al desgaste abrasivo.No siempre es necesario cambiar el tipo de cable utilizado pues muchos casos de desgaste anormal son producidos por defectos en el equipo. Por ejemplo, poleas mal alineadas o desgastadas, o enrollado incorrecto y otras condiciones irregulares que describiremos al tratar sobre el uso del cableAPLASTAMIENTOEl cable puede ser Aplastado por fuerzas exteriores en algunas ocasiones, pero lo ms comn es el Aplastamiento debido a la operacin con cargas excesivas y tambin al uso de tambores lisos o con ranuras que no den el apoyo suficiente al cable. Tambin, el Aplastamiento es frecuente en los casos de enrollado en varias capas, en los puntos en que el cable se apoya sobre s mismo.Si la carga no puede ser disminuida o los tambores no pueden ser sustituidos por piezas ms apropiadas para estas condiciones, debe recurrirse a cambiar el cable por uno de construccin ms decuada para resistir los efectos del aplastamiento.Si se est usando un cable con alma de fibra debe ser sustituido por uno con alma de acero, ya que sta da mayor soporte a los torones e impide su deformacin. Los cables de torcido REGULAR, son tambin ms resistentes al aplastamiento que los de torcido LANG.

RESISTENCIA DE RESERVALa Resistencia de Reserva de un cable equivale a la resistencia combinada de todos sus alambres, excepto aquellos de las capas exteriores de los torones. A mayor nmero de alambres mayor es la Resistencia de Reserva, ya que al disminuir el dimetro de los alambres exteriores, mayor seccin metlica estar concentrada en las capas internas del torn.La Resistencia de Reserva tiene mayor importancia en los casos en que la rotura de un cable puede ocasionar accidentes de importancia. En estos casos es recomendable la inspeccin frecuente por tcnicos competentes y una seleccin del cable que se base fundamentalmente en este factor.

La tabla indica el porcentaje de Resistencia de Reserva en cables de 6 u 8 torones, relativas a la cantidad de alambres exteriores en cada torn.

Cantidad de alambres exterioresPorcentaje de Resistencia de Reserva61882793210361243144916541858EXPOSICION A LA CORROSIONLos cables generalmente estn instalados al aire libre: por lo tanto, obra sobre la accin corrosiva de la atmsfera. Un engrasado peridico evita, en parte, la oxidacin; pero hay casos en que la corrosin es muy activa, y entonces se debe recurrir, para proteger los cables, a recubrimientos protectores, constituidos generalmente de zinc. La corrosin disminuye la seccin metlica de los cables y al extenderse aqulla lesiona los alambres, con lo cual se reduce la resistencia, capacidad contra la abrasin, elasticidad y flexibilidad de los cables.

El galvanizado de los alambres proporciona a stos una mayor resistencia a la corrosin, pero aminora las caractersticas mecnicas del material, hacindole perder un 10% de su resistencia y un 15% de su flexibilidad. En instalaciones fijas o en servicios de funcionamiento poco frecuente los cables galvanizados resultan mejores que los cables sin galvanizar, pero si el trabajo del cable es continuo la accin abrasiva destruye la capa protectora de zinc y se pierde la ventaja de tal proteccin.En general, la mejor solucin del problema es proteger los cables mediante un engrasado cuidadoso, realizado peridicamente, porque recurrir a los aceros inoxidables o a los bronces son soluciones que no satisfacen: la primera por su costo y la segunda por la poca resistencia del material.Por consiguiente, para contrarrestar la corrosin de los cables se deben emplear estructuras con alambres gruesos, cuyos dimetros sern limitados por la flexibilidad que imponga el cable, y se realizar un engrasado cuidadoso y regular.

Si la corrosin fuera muy activa, entonces se debe recurrir al galvanizado de los alambres del cable.

FACTOR DE SEGURIDADEl factor de seguridad de un cable de acero es la relacin entre la resistencia a la ruptura mnima garantizada del cable y la carga o fuerza de trabajo a la cual esta sujeta. No es posible detallar el factor de seguridad para todas las aplicaciones, porque tambin hay que considerar el ambiente y circunstancias en el rea de trabajo, pero en la siguiente tabla se observa una gua general para la seleccin del correspondiente factor. Hay que tomar en cuenta que es necesario aumentar el factor de seguridad cuando hay vidas en juego, donde hay un ambiente muy corrosivo o donde una inspeccin frecuente es difcil de llevar a cabo.

AplicacinFactorTirantes de cable o torones (trabajo esttico)3 a 4Cables principales para puentes colgantes3 a 3.5Cables de suspensin (pndulo para puentes colgantes)3.5 a 4Cables de traccin para telefricos y andariveles5 a 6Cada cable de operacin de una gra almeja4 a 5Palas mecnicas - excavadoras5Cable de arrastre en minas4 a 5Cables de izaje en minas (vertical e inclinado)7 a8Gras tecles y polipastos industriales6 (mnimo)Ascensores - elevadores - para personal12 a 15Ascensores - elevadores - para material y equipos7 a 10Gras con crisoles calientes de fundicin8 (mnimo)ALARGAMIENTO DE UN CABLE DE ACERO1.- Alargamiento Permanente por ConstruccinEl valor prctico de esta caracterstica depende de muchos factores. Los ms importantes son el tipo y construccin del cable, el rango de cargas aplicadas y la cantidad y frecuencia de los ciclos de operacin. No es posible afirmar cifras exactas para los distintos tipos de cables en uso, pero los siguientes valores aproximados podran ser empleados para conseguir resultados razonablemente acertados.

% Longitud del CableCARGAAlma de FibraAlma de AceroLiviana (factor de seguridad 8:1)0.250.125Normal (factor de seguridad 5:1)0.50.25Pesada (factor de seguridad 3:1)0.750.50Pesada con muchos dobleces y deflexioneshasta 2.0hasta 1.02.- Alargamiento ElsticoEl mdulo de elasticidad tambin vara con las distintas construcciones de cables, pero generalmente se incrementa con el aumento del rea de la Seccin de Acero. Usando los valores en la tabla siguiente, es posible obtener una estimacin razonable del "Alargamiento Elstico", pero si se requiere mayor exactitud en la informacin ser necesario realizar una prueba experimental con una muestra del cable en consulta.Como los usuarios de los cables van a encontrar cierta dificultad en conseguir el rea metlica exacta, los siguientes valores estn basados en el rea circundante en relacin al dimetro nominal del cableConstruccin Cables NegrosModulo de Elasticidad (Kgs/mm2)Serie 6 x 7 Alma de Fibra6.300Serie 6 x 7 Alma de Acero7.000Serie 6 x19 Alma de Fibra5.000Serie 6 x 19 Alma de Acero6.000Serie 6 x 37 Alma de Fibra4.700Serie 6 x 37 Alma de Acero5.600Serie 18 x 7 Alma de Fibra4.300Serie 18 x 7 Alma de Acero4.5001 x 7 (6/1)11.0001 x 19 (12/6/1)10.0001 x 37 (18/12/6/1)9.500Las cifras mencionadas son aproximadas y son aplicables a cables trabajando con un factor de seguridad de alrededor de 5:1. Se puede conseguir Mdulos de Elasticidad ms altos, trabajando con factores de seguridad inferiores a 5:1 y viceversa.Alargamiento Elstico = CL (mm) EADonde:C = Carga aplicada (Kgf)L = Longitud del cable (mm)E = Mdulo de Elasticidad segn tabla (Kg/mm2)A = Area aparente del cable (Circulo circundante) (mm2)

3.- Expansin o Contraccin TrmicaEl "Coeficiente de Expansin Lineal" () de un cable de acero es 12.5 x 10 -6) por cada Grado Celsius (1C), por lo tanto, el cambio en longitud de un cable de 1 metro producido por el cambio de temperatura de 1C ser:Cambio de longitud l = , lo, tdonde: = Coeficiente de expansin lineal lo = Longitud original del cable en mmt = Cambio de temperatura en CEste cambio significar un aumento en longitud si la temperatura aumenta y una reduccin en longitud si la temperatura baja.

4.- Alargamiento causado por la rotacin de un extremo libre del cable.5.- Alargamiento debido al desgaste por friccin interna de los alambres en el cable, lo que reduce el rea de la Seccin de Acero originando un alargamiento permanente extra por construccin.6.- El alargamiento permanente del cable cuando est sujeto a cargas axiales superiores al "Punto de Fluencia del Acero" (Lmite elstico).