Empalmes de Cables de Acero

Empalmes de Cables de Acero

Autores Ing. Menne GermánIng. Duarte PabloMartinez Krammer Ignacio

EMPALMES DE CABLES DE ACERO VARIABLES Y COMPORTAMIENTOS

Temario1. 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.

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.

Objetivos

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 obtener1. Ciclos – Vida a la fatiga a flexión2. Reducción de Ø – Criterio de descarte según Norma EN 12927-3

3. Alargamiento4. Modo de falla

• Ensayo de rotura a la tracción1. Cumplimiento de CMR2. Alargamiento3. Reducción de Ø4. Estabilidad / Asentamiento del nudo

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

Método - Instalaciones

Resultados• Resumen de casos

1. Diámetro bajo carga estática y con fatiga

2. Comportamiento a la fatiga con distintos revestimientos

• Gráfico de desempeño• Gráfico de alargamiento

3. 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

16

17

18

19

20

21

22

23

24

Ø (m

m)

0 % CMR

10 % CMR

20 % CMR

30 % CMR

40 % CMR

Ø máximo permitido

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

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

22,00

Ø (m

m)

Ø máximo permitido

Inicio

500 ciclos

1000 ciclos

3000 ciclos

149000

125000

50780

40400

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000

Poliuretano

Polipropileno "Grueso"

Polipropileno "Fino"

Caucho

N° Ciclos

Resultados• Caso 2: Comportamiento a la fatiga con distintos revestimientos

o Cable revestido con poliuretano, polipropileno y caucho

o Gráfico de desempeño

Resultados• Caso 2: Comportamiento a la fatiga con distintos revestimientos

o Cable revestido con poliuretano, polipropileno y material blando

o Gráfico de alargamiento

0,00%

0,20%

0,40%

0,60%

0,80%

1,00%

1,20%

1,40%

1,60%

1,80%

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000

Alar

gam

ient

o %

Ciclos

Polipropileno FINO

Poliuretano

Polipropileno GRUESO

Caucho

Resultados• Caso 3: Comportamiento con distintos espesores de igual revestimiento

o Cable revestido con polipropilenoo Muestra de bajo espesoro Muestra de alto espesor

o Comportamiento a la tracción – VERIFICACION DE CMR

7,2 Tn

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0,0% 1,0% 2,0% 3,0% 4,0% 5,0%

Carg

a (T

n)

Elongacion %

CMR

Cable sin empalme

Empalme Polipropileno GRUESO

Empalme Polipropileno FINO



o Comportamiento a la fatiga

0,00%

0,10%

0,20%

0,30%

0,40%

0,50%

0,60%

0,70%

0,80%

0,90%

1,00%

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000

Elon

gaci

ón %

Ciclos

"Polipropileno FINO"

"Polipropileno GRUESO"



o Comportamiento de diámetro a la fatiga

9

10

11

12

13

14

15

Ø(m

m)


o Modos de fallao 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.



Se evidencia en detalle las marcas provocadas por el rozamiento existente entre cordones



Más roturas internas.Importante pérdida de Ø


o Modos de fallao 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

0

5

10

15

20

25

0% 1% 1% 2% 2% 3%

Carg

a (T

n)

Elongación %

CMR

Empalme poliuretano

Empalme nylon

Empalme polipropileno

8

8,5

9

9,5

10

10,5

11

11,5

12

0,00% 0,20% 0,40% 0,60% 0,80% 1,00%


o Cable revestido con poliuretano, foto de ensayo.

o Modo de falla

El cable rompe en el cruce y en la zona de transición


o Asentamiento de cordones en el nudo

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00%

% C

MR

% Elongación

Resultados• Caso 5: Influencia del largo de trabas (entradas)

o Probeta con largo de trabas (entradas) 50% mas cortas

0

5

10

15

20

25

0,00% 0,50% 1,00% 1,50% 2,00% 2,50%

Carg

a (T

n)

Elongación %

CMR

Empalme largo normalizado

Empalme corto al 50%

Conclusiones• MODOS DE FALLA ENCONTRADOS

Empalme + transición Ø Alto/ Zona + expuesta sobre la polea. Concentración de tensiones en crestas

Conclusiones

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.

• Material de revestimiento inadecuado - Blando• MODOS DE FALLA ENCONTRADOS

Conclusiones

• Ausencia de alma• Pérdida de cuerpo

• Reducción de diámetro

• Aplastamiento irregular de cordones

Falta de grip

• MODOS DE FALLA ENCONTRADOS• Falla en la zona de transición

Conclusiones

• 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.

• MODOS DE FALLA ENCONTRADOS

Conclusiones

• 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

Puntos clave de un buen empalme

ConclusionesComentarios 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.

Documents

Empalmes de Cables de Acero