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CABLES
-Reseña Histórica.
La fabricación de cables de acero suele considerarse como industria relativamente
reciente. Sin embargo, desde las épocas más remotas se conocían los encordados,
uniones de hilo de cáñamo, de cuero o de otras materias. Parece incluso que los romanos
conocieron ya hace 2000 años el cable metálico: un trozo de cable de tres torones (9
hilos) de bronce, de un diámetro de 0,7, hallado en las ruinas de Pompeya y expuesto
actualmente en Nápoles (Italia) parece confirmarlo.
En 1850, a un forjador, Roebling, de origen alemán, se le ocurrió sustituir el
cáñamo por hilo de acero como consecuencia de numerosas catástrofes ferroviarias que
tuvieron lugar en las Montañas Rocosas.
En esa época, se atravesaban los desniveles más importantes según la línea de
mayor pendiente. Los vagones se izaban unos tras otros por medio de un funicular que
funcionaba con una cabria y gruesas cuerdas que se denominaban cables. Después de
una larga serie de maniobras el tren reconstituido reemprendía el viaje hasta la siguiente
rampa.
Todos los cables estaban construidos con hilo de cáñamo. Mas a pesar de sus
dimensiones, muchas veces considerables, los accidentes eran numerosos.
Roebling, afincado entonces en Trenton (Estados Unidos), puso a punto una
técnica rudimentaria del cable de acero, pero halló muchas dificultades, tanto desde el
punto de vista técnico como comercial, en primer término porque la construcción de
cables de gruesos diámetros y gran longitud planteaba problemas de manipulación y de
transporte difíciles de resolver por una empresa artesana y además porque las compañías
de ferrocarril estaban poco dispuestas a intentar una experiencia de esta naturaleza.
Fue entonces cuando una serie de catástrofes ferroviarias despertó la opinión
pública y permitió que el experimento de Roebling se tomara en consideración
asegurando al mismo tiempo la generalización de su procedimiento.
La técnica del cable de acero se aplicó después con éxito a los problemas que
presentaban los puentes suspendidos, que hasta entonces estaban basados tanto en
Estados Unidos como en Europa en un procedimiento francés que consistía en el empleo
de cadenas ensambladas in situ por soldadura forjada.
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Martín, Joaquín Ramos Moreno, Mª Victoria Ramos Serrano, Juan José
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Desde hace un siglo los empleados del cable de acero han sido innumerables. Se
han creado fábricas en todas partes, los inventos y procedimientos se han multiplicado,
estabilizado y clasificado de forma que los productos acabados de todas las fábricas del
mundo, salvo pequeños detalles, son hoy equiparables.
-Funcionamiento.
La elevada resistencia a la tracción del acero, combinada con la eficiencia de la
tracción simple, hace del cable de acero el elemento ideal en las estructuras para cubrir
grandes distancias.
Los cables son flexibles debido a sus dimensiones transversales pequeñas, en
relación con la longitud. La flexibilidad indica una limitada resistencia a la flexión. Dado
que la flexibilidad impide tensiones desiguales derivadas de la flexión, la carga de tracción
se divide por igual entre los hilos del cable, permitiendo que cada hilo quede sometido a la
misma tensión admisible, inferior al límite de seguridad.
Para comprender el mecanismo por medio del cual un cable sostiene cargas
verticales, debemos considerar primero un cable estirado entre dos puntos fijos, con una
sola carga aplicada en su punto medio.
Bajo la acción de la carga, el cable adopta una forma simétrica, triangular, y a cada
apoyo llega la mitad de la carga, por tracción simple a lo largo de ambas mitades del
cable. (Fig. 6.1).
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La forma triangular adoptada por el cable se caracteriza por la flecha, distancia
vertical entre los soportes y el punto más bajo del cable. Sin flecha, el cable no podría
sostener la carga, pues las fuerzas de tracción serían horizontales y ninguna fuerza
horizontal puede equilibrar cargas verticales. En los apoyos, el tiro oblicuo del cable
puede descomponerse en dos: una fuerza vertical igual a la mitad de la carga y otra
horizontal dirigida hacia el otro soporte, o empuje (Fig. 6.2). Si los apoyos no estuvieran
fijos y asegurados contra desplazamientos horizontales, se moverían por acción del
empuje, y las dos mitades del cable se colocarían en posición vertical.
Si tomamos en las manos los extremos de una cuerda con un peso fijo en el punto
medio, podremos sentir físicamente que la cuerda no desarrolla empuje transversal
alguno cuando unimos las manos y en cambio, se desarrolla un empuje creciente
mientras las separamos, reduciendo de esa manera la flecha de la cuerda. Con una
cuerda suficientemente débil, al cabo de cierto tiempo se rompe; con ello queda señalado
que, al disminuir la flecha, la tensión llega a sobrepasar la resistencia a la tracción de la
cuerda. Puede demostrarse que en el cable las tensiones de tracción son inversamente
proporcionales a la flecha: si ésta disminuye a la mitad, la tensión del cable se duplica y,
en consecuencia, se duplica el empuje transversal en los soportes (Fig. 6.3).
El problema del cable, que acabamos de considerar, plantea una interesante
cuestión de economía. Una flecha mayor aumenta la Iongitud del cable, pero disminuye
el esfuerzo de tracción en él y, por lo tanto, permite reducir su sección; una flecha,
menor disminuye la Iongitud del cable, pero exige una sección más grande debido a la
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mayor tensión en él desarrollada (Fig. 6.3).
En consecuencia, el volumen total del cable, producto de sección por longitud, es
grande tanto para flechas muy grandes como para flechas muy pequeñas. La flecha más
económica o flecha óptima para una distancia horizontal dada entre soportes, es igual a
la mitad dé esa distancia y corresponde a una configuración simétrica, con un ángulo de
45 grados en el punto de aplicación de la cargar y empuje igual a la mitad de ésta (Fig.
6.4).
Si la carga se desplaza del punto medio, cambia la forma del cable y éste se
acomoda transferir la carga por medio de tramos recto de distintas inclinaciones [Fig. 6.5
(a)].
Los dos apoyos desarrollan reacciones verticales distintas, pero igual empuje
horizontal, pues el cable debe estar en equilibrio en esa dirección. El valor del empuje
difiere del correspondiente a una carga centrada, pero aun así varia en relación inversa a
la flecha.
Si se fijan al cable dos cargas idénticas en ubicaciones simétricas,vuelve a
cambiar de forma y sostiene las cargas tomando una nueva configuración, con tres lados
rectos [Fig. 6.5 (b)]. Si se aumenta el número de cargas, el cable toma nuevas
configuraciones de equilibrio con lados rectos entre cargas, y cambios de dirección en
los puntos de aplicación de éstas. Bajo la acción de un conjunto de cargas
concentradas, el cable adopta una forma llamada polígono funicular [Fig. 6.5 (c)].
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A medida que aumenta el número de cargas, el polígono funicular toma un número
creciente de lados más pequeños y se aproxima a una curva uniforme. Si se pudiera
aplicar al cable un número infinito de cargas infinitamente pequeñas, el polígono se
convertiría en una curva funicular. Así, por ejemplo, el polígono funicular con pendiente
a un gran número de cargas iguales separadas horizontalmente a distancias iguales, se
aproxima a una conocida curva geométrica, la parábola [Fig. 6.6 (a)]. La flecha óptima
para un cable parabólico es igual a una tercera parte de su luz.
Si las cargas iguales se distribuyen a lo largo del cable, y no horizontalmente, la
curva funicular difiere de una parábola, si bien posee la misma configuración general: es
una catenaria, la forma natural que adopta un cable de sección constante sometido a su
propio peso, el cual se distribuye de manera uniforme en toda su longitud [Fig. 6.6 (b)].
La flecha óptima de una catenaria es aproximadamente un tercio de la luz; para esa
relación de flecha a luz, la catenaria y la parábola son curvas muy similares [Fig. 6.6 (c)].
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Un cable sometido a su peso propio y a una carga uniformemente distribuida en
dirección horizontal, toma una forma intermedia entre la catenaria y la parábola. Tal es la
forma de los cables en el tramo central de un puente colgante, sometidos a su propio
peso y a la viga de reticulado sobre la cual se construye la calzada (Fig. 6.7).
Todo cable cubrirá la mayor distancia posible si puede soportar justamente su
propio peso, pero se romperá bajo la menor carga adicional. Suponiendo una relación
óptima de uno a tres entre flecha/luz, para reducir al mínimo su peso, puede calcularse
que un cable de acero con una resistencia de 14.100 kilogramos por centímetro
cuadrado podría cubrir una distancia superior a 22 kilómetros. Esta distancia máxima es
independiente del diámetro del cable, pues tanto el peso como la resistencia del cable a
la tracción son proporcionales al área de la sección.
Las tres etapas principales de la fabricación de cables metálicos de acero, son: el
bobinado, el toroneado y el cableado.
-Fabricación.
a) Bobinado
Los hilos metálicos se entregan en bobinas de dimensiones apropiadas para cargarse
sobre máquinas de toroneado que enrollaban los hilos de manera uniforme sobre las
torretas.
b) Toroneado
Según la composición del torón, se sitúan los hilos a la entrada de la máquina de toronear
que, al girar, enrolla los hilos de acero alrededor de un hilo central o alma. A la salida el
torón es conducido hacia una bobina que se dirigirá hacia la máquina de cablear.
c) Cableado
Consiste esta operación en enrollar los torones (de 6 a 8 según la composición del cable)
alrededor de un cable vegetal o metálico denominado alma.
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El alma pasa por un árbol hueco en torno del cual se hallan dispuestas longitudinalmente
cunas en las que se sitúan las bobinas de los torones.
De las bobinas pasan los torones por una hilera que determina su enrrollamiento en torno
al alma.
El cable así formado se dirige entonces hacia bobinas o torretas de almacenado.
Ejemplo de tabla de torón aislado:
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