Protocolos de ensayos avanzados de cables de acero trenzados pretensados

Uno de los principales ensayos para garantizar la calidad es el ensayo de tracción estático con medición de la deformación. ZwickRoell ofrece una máquina de ensayos de tracción de configuración estándar capaz de ejercer fuerzas de hasta 600 kN. Debido a la tendencia de los cables trenzados de acero a desenrollarse bajo tensión, ZwickRoell emplea insertos especiales de sujeción de probetas para evitar fallos prematuros en puntos no deseados.

En el ensayo de fatiga HCF, el cable de acero debe soportar 2x106 ciclos de ensayo a una frecuencia máxima de 20 Hz. En estos casos, la sujeción de la probeta plantea un reto particular, ya que pueden producirse fracturas de sujeción con relativa facilidad.

En los ensayos de tracción estática según las normas ISO 15630-3, ASTM A416 y ASTM A1061, el cable de acero sufre un alargamiento hasta su rotura. Los cables de acero se componen de múltiples alambres retorcidos entre sí que tienden a abrirse bajo cargas de tracción.

Durante el ensayo, se registran la fuerza aplicada y el alargamiento de la muestra. Se utilizan máquinas diseñadas para cargas elevadas debido a la alta resistencia del acero de pretensado. Los ensayos pueden realizarse en cables de acero de 3 a 20 mm de diámetro, con diferentes longitudes de calibre L0 dependiendo del producto o la normativa aplicada. El alargamiento total puede alcanzar valores de hasta el 20 %. Además, se pueden llevar a cabo ensayos de tracción deflexionada, según la norma EN ISO 15630-3.

Los valores característicos más relevantes del ensayo de tracción en cables según las normas ISO 15630-3 y ASTM A416

• El límite elástico (Rp0,2).
• Límites de fluencia, medido con un extensómetro (Ae).
• Resistencia a la tracción (Rm)
• Alargamiento uniforme (Ag)
• Alargamiento de rotura(A), donde las especificaciones de la norma en relación con la longitud de medición son decisivas

ZwickRoell ha desarrollado mordazas especiales para estos cables, lo que permite realizar ensayos de fatiga sin necesidad de elementos de sujeción adicionales, utilizando generalmente una máquina de ensayos servohidráulica de la serie HA.

En el ensayo de fatiga de ciclo alto (por ejemplo, según ISO 15630-3, XP A 35-045-2011, Fpr EN 10138-3:2009) de cables tensores de acero, la probeta debe soportar dos millones de ciclos de ensayo a una frecuencia máxima de 20 Hz sin fracturarse. Si la rotura ocurre cerca de la sujeción, el ensayo se invalida y debe repetirse, lo que resulta costoso debido a la duración del ensayo. Los cables de acero de pretensado, al ser muy rígidos, son especialmente sensibles a las entalladuras y la carga de sujeción junto con la carga dinámica puede causar fallas prematuras en la probeta.

Para asegurar la integridad de las probetas durante los ensayos, especialmente en cables de acero de alta resistencia (hasta 2.000 MPa), se requieren mordazas hidráulicas de cierre paralelo con presión de sujeción adaptable. Las mordazas deben tener un diseño que garantice una sujeción uniforme y segura de la probeta, evitando el deslizamiento durante el ensayo. La calidad del producto de la probeta de cordón de acero también es esencial para evitar la rotura de la probeta fuera de la longitud de calibre L0.

Para asegurar la fiabilidad del ensayo de tracción, es crucial que la probeta se rompa o desgarre dentro de la longitud del calibre. Cualquier daño en la superficie de la probeta o irregularidades en la resistencia de los alambres pueden causar la rotura fuera de esta longitud, especialmente cerca de las mordazas. En el ensayo de fatiga de alto ciclo en cables de acero según la norma ISO 15630-3, la sujeción de la probeta representa un desafío debido a la propensión a las fracturas. La fuerza de sujeción añade una carga adicional que se suma a la carga dinámica, aumentando el riesgo de rotura prematura.

En las probetas clásicas de tracción de material macizo, se suelen utilizar secciones transversales más grandes en los extremos para para garantizar que la probeta se rompa en el área entre las mordazas, una práctica complicada con cables de alambre. Para garantizar resultados precisos, es necesaria una correcta preparación de la probeta, incluido el sellado.

ZwickRoell aborda este desafío con mordazas especialmente diseñadas para ensayos de cables de acero, eliminando la necesidad de elementos de sujeción adicionales. Este enfoque reduce significativamente la manipulación, el tiempo y los costes. Las mordazas combinan sujeción hidráulica y mecánica, esta última utilizando un manguito cónico en el que se introduce cada extremo del alambre y se tensa con un contracono. Con ello, se aplica la mayor parte de la fuerza de sujeción. La fuerza restante que sigue siendo necesaria para el ensayo correspondiente, se suministra mediante sujeción hidráulica clásica con mandíbulas. Combinados, estos dos principios de sujeción permiten aplicar la fuerza de sujeción evitando de tal manera las fracturas de sujeción, y ensayar probetas de alambre trenzado sin tratamiento previo.

Una rotura del cable suele provocar la deflexión de alambres individuales, lo que supone un riesgo de dañar el extensómetro de contacto. Para garantizar mediciones seguras, fiables y precisas en materiales altamente dúctiles y elásticos, ZwickRoell opta por extensómetros ópticos.

El extensómetro videoXtens 6-680, con un campo de visión de 680 mm y una resolución de 0,6 µm, permite realizar mediciones precisas de la deformación, incluso en longitudes largas de calibre, como ocurre en los ensayos de cables de acero trenzado Entre sus principales características se incluyen:

• Determinación del límite elástico según ASTM A1061
• Sin riesgo de daños en el extensómetro en el punto de fractura, ya que se mide sin contacto directo
• Determinación automática del alargamiento de rotura
• Gracias a la conexión con el travesaño, las marcas de medición están siempre centradas automáticamente en el campo de visión (FOV), aprovechando así de forma óptima todo el rango de medición.

Otras ventajas de este extensómetro son el reconocimiento automático de las marcas de medición en la probeta y la longitud de calibre inicial, junto con la transmisión de todos los datos al software de ensayos testXpert.