Empalmes de Cables de Acero

Empalmes de Cables de Acero
Autores
Ing. Menne Germán
Ing. Duarte Pablo
Martinez Krammer Ignacio
EMPALMES DE CABLES
DE ACERO
VARIABLES Y COMPORTAMIENTOS
Temario
1. Introducción
2. Objetivo
• Identificación de variables
• Evaluación del comportamiento del cable empalmado
3. Método
• Presentación de metodología de ensayos
4. Resultados
• Presentación de diferentes casos analizados
5. Conclusiones
• Modos de falla encontrados
• Puntos clave de un buen empalme
• Comentarios finales
Introducción
Un empalme realizado de manera confiable y segura garantiza la vida útil de un cable de
acero en un medio de elevación.
Haciendo referencia al trabajo realizado por el Sr. Cabrera en el 1 Congreso Latinoamericano
del INTI MTC 2012, la confección de un empalme la podemos considerar como un arte. Tal es
así, que hasta el momento no se publicaron estudios sobre el comportamiento de un cable
empalmado.
En este estudio, se identifican las variables que forman parte de la elaboración de un
empalme y cómo evolucionan en función de los diferentes esfuerzos a los que está sometido
en la instalación.
A lo largo de este estudio, vamos a ir recorriendo distintos casos, en donde evaluaremos
cuales son los parámetros que tuvieron mayor impacto con el objeto de dejar en evidencia lo
que sucede cuando modificamos las distintas variables que afectan directamente la
estabilidad del empalme en el cable de acero.
Objetivos
1. Identificar las variables que pueden tener impacto sobre el comportamiento del
empalme
•
•
•
•
Cruce
Revestimiento de cordón
Largo de trabas (entradas)
Transición entre cordón revestido y alma
2. Evaluar el comportamiento del empalme bajo tracción y fatiga utilizando un banco
de tracción y una máquina de fatiga a flexión simple de 5 poleas.
Método
•
Confección de empalmes en nuestras instalaciones con herramental propio y
personal experimentado
Método
•
Se confeccionan probetas de empalmes característicos para un factor de
servicio (FS) menor a 15
•
Las probetas realizadas cuentan con 3 (tres) cruces, los cuales son
sometidos a ensayos de fatiga y tracción.
Método
•
Prueba en maquina de fatiga a flexión simple
Con este ensayo se pretende obtener
1. Ciclos – Vida a la fatiga a flexión
2. Reducción de Ø – Criterio de descarte según Norma EN 12927-3
Ubicación
Ø min[mm]*
Ø máx[mm]*
Entre Cruces
1 x Ø medido fuera del empalme
1.05 x Ø medido fuera del empalme
Cruces
1 x Ø nominal del cable
1.15 x Ø nominal del cable
* Todos los valores registrados deben ser tomados bajo tensión y luego de 100 hs de asentamiento
3. Alargamiento
4. Modo de falla
•
Ensayo de rotura a la tracción
1. Cumplimiento de CMR
2. Alargamiento
3. Reducción de Ø
4. Estabilidad / Asentamiento del nudo
Método - Instalaciones
Resultados
•
Resumen de casos
1.
Diámetro bajo carga estática y con fatiga
2. Comportamiento a la fatiga con distintos revestimientos
•
•
3.
Gráfico de desempeño
Gráfico de alargamiento
Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
•
•
•
•
Comportamiento a la tracción
Comportamiento a la fatiga
Comparación de diámetros
Modos de falla
4. Influencia del revestimiento en el ensayo de tracción
•
•
•
Comparación de revestimientos
Modos de falla
Asentamiento del nudo
5. Influencia del largo de trabas (entradas)
Resultados
•
Caso 1: Diámetro bajo carga estática y con fatiga
o Cable revestido con poliuretano en banco de tracción
o Comportamiento del diámetro bajo carga estática
24
Ø (mm)
23
22
0 % CMR
21
10 % CMR
20
20 % CMR
30 % CMR
19
40 % CMR
18
Ø máximo permitido
17
16
Resultados
•
Caso 1: Diámetro bajo carga estática y con fatiga
o Cable revestido con poliuretano en banco de fatiga
o Comportamiento de a la fatiga
22,00
21,00
Ø (mm)
20,00
19,00
Ø máximo permitido
Inicio
500 ciclos
18,00
17,00
16,00
15,00
1000 ciclos
3000 ciclos
Resultados
•
Caso 2: Comportamiento a la fatiga con distintos revestimientos
o Cable revestido con poliuretano, polipropileno y caucho
o Gráfico de desempeño
Caucho
40400
Polipropileno "Fino"
50780
Polipropileno "Grueso"
125000
Poliuretano
149000
0
20000
40000
60000
80000
N° Ciclos
100000
120000
140000
160000
Resultados
Caso 2: Comportamiento a la fatiga con distintos revestimientos
o Cable revestido con poliuretano, polipropileno y material blando
o Gráfico de alargamiento
1,80%
1,60%
1,40%
1,20%
Alargamiento %
•
1,00%
Polipropileno FINO
Poliuretano
0,80%
Polipropileno GRUESO
0,60%
Caucho
0,40%
0,20%
0,00%
0
20000
40000
60000
80000 100000 120000 140000 160000
Ciclos
Resultados
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Cable revestido con polipropileno
o Muestra de bajo espesor
o Muestra de alto espesor
o Comportamiento a la tracción – VERIFICACION DE CMR
9
8
7,2 Tn
7
6
Carga (Tn)
•
5
CMR
Cable sin empalme
4
Empalme Polipropileno GRUESO
3
Empalme Polipropileno FINO
2
1
0
0,0%
1,0%
2,0%
3,0%
Elongacion %
4,0%
5,0%
Resultados
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Cable revestido con polipropileno
o Muestra de bajo espesor
o Muestra de alto espesor
o Comportamiento a la fatiga
1,00%
0,90%
0,80%
0,70%
Elongación %
•
0,60%
0,50%
"Polipropileno FINO"
0,40%
"Polipropileno GRUESO"
0,30%
0,20%
0,10%
0,00%
0
50000
100000
150000
Ciclos
200000
250000
300000
Resultados
•
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Cable revestido con polipropileno
o Muestra de bajo espesor
o Muestra de alto espesor
o Comportamiento de diámetro a la fatiga
15
14
Ø(mm)
13
12
11
10
9
Resultados
•
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Modos de falla
o Muestra de bajo espesor
Detalle de cortes de alambres internos (Valles), por excesivo rozamiento entre cordones.
El cable va perdiendo diámetro y se queda sin luz entre cordones.
Pierde apoyo sobre el alma.
Resultados
•
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Modos de falla
o Muestra de bajo espesor
Se evidencia en detalle
las marcas provocadas
por el rozamiento
existente entre
cordones
Resultados
•
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Modos de falla
o Muestra de bajo espesor
Más roturas internas.
Importante pérdida de Ø
Resultados
•
Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento
o Modos de falla
o Muestra de alto espesor
Concentración de roturas en cresta, sobre
la zona del cruce.
Resultados
•
Caso 4: Influencia del revestimiento en el ensayo de tracción
o Cable revestido con poliuretano, polipropileno y nylon
o Comparación de revestimientos
12
25
11,5
11
20
10,5
Carga (Tn)
10
9,5
15
9
8,5
10
8
0,00%
5
0,20%
0,40%
CMR
Empalme poliuretano
Empalme nylon
0
0%
1%
1%
2%
Elongación %
2%
3%
Empalme polipropileno
0,60%
0,80%
1,00%
Resultados
•
Caso 4: Influencia del revestimiento en el ensayo de tracción
o Cable revestido con poliuretano, foto de ensayo.
o Modo de falla
El cable rompe en el
cruce y en la zona de
transición
Resultados
Caso 4: Influencia del revestimiento en el ensayo de tracción
o Asentamiento de cordones en el nudo
120%
100%
80%
% CMR
•
60%
40%
20%
0%
0,00%
0,50%
1,00%
% Elongación
1,50%
2,00%
Resultados
Caso 5: Influencia del largo de trabas (entradas)
o Probeta con largo de trabas (entradas) 50% mas cortas
25
20
Carga (Tn)
•
15
CMR
Empalme largo normalizado
10
Empalme corto al 50%
5
0
0,00%
0,50%
1,00%
1,50%
Elongación %
2,00%
2,50%
Conclusiones
•
MODOS DE FALLA ENCONTRADOS
Empalme + transición
Ø Alto/ Zona +
expuesta sobre la
polea. Concentración
de tensiones en crestas
Conclusiones
•
MODOS DE FALLA ENCONTRADOS
•
Material de revestimiento inadecuado - Blando
Al poner el cable en tensión se generan fuerzas radiales de
compresión, motivo por el cual aparece la reducción de diámetro. En
este punto el material de recubrimiento tiene que ser capaz de
soportar dicha carga de compresión y permanecer en su lugar para
cumplir su función.
En este caso el material de recubrimiento pierde capacidad de
resistencia a la compresión lo que hace que fluya entre los cordones.
Conclusiones
•
MODOS DE FALLA ENCONTRADOS
•
Falla en la zona de transición
Falta de grip
• Ausencia de alma
• Pérdida de cuerpo
• Reducción de
diámetro
• Aplastamiento
irregular de cordones
Conclusiones
•
MODOS DE FALLA ENCONTRADOS
•
Falla en la zona de transición
Cordón revestido
Alma original
Se observa como el cable pierde su
geometría – los cordones exteriores no
tienen apoyo sobre el
alma, provocando rozamiento entre
los mismos.
Conclusiones
Puntos clave de un buen empalme
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Correcta elección del material de recubrimiento
Espesor adecuado
Dureza
Grip
Enderezado de cordones revestidos
Firmeza de cordones
Mínima dispersión de diámetros posible (cruce, entre cruces, transiciones)
Geometría del cruce
Taco de soporte en el cruce
Lubricación en el cruce durante la vida útil
Conclusiones
Comentarios finales
•
La confección de un empalme bajo especificaciones normalizadas permite
garantizar la CMR del cable, no así el aspecto final de los cruces, los cuales
dependen del empalmador.
•
Se requiere de personal capacitado con experiencia en la confección del
empalme ya que de ellos depende gran parte del desempeño del mismo.
•
Dado que la mecánica de rotura interna en los cruces no es visible, el ensayo
magnetográfico dará información certera acerca del desgaste que sufre el
cable en este punto garantizando una operación segura.