Análisis del Comportamiento de Cables Trenzados y en Paralelo de Alambres de CuAlBe, para Aplicaciones en Ingeniería Sísmica

Abstract

En esta investigación se estudia el comportamiento de cables fabricados con alambres de una aleación de cobre en forma experimental y analítica. La aleación utilizada, Cu-11.8%p.Al-0.5%p.Be, ha sido estudiada en numerosos trabajos anteriores y, en forma de alambres, exhibe un comportamiento superelástico. En la etapa experimental, se fabricaron cuatro probetas de cables con alambres de 0.5 mm de diámetro recocidos a 700ºC por 20 seg. El tamaño de grano nominal es 60 µm. Dos de ellas estaban conformadas por alambres trenzados y las dos restantes, por alambres dispuestos en paralelo. La configuración escogida para los cables trenzados fue de un único torón formado por un núcleo central de un solo alambre sobre el cual se trenzaron dos capas. La primera consistió en 6 alambres enrollados helicoidalmente con un paso de 20 mm en arreglo derecho. Sobre ésta se trenzó una segunda capa de 12 alambres con un paso de 20 mm en arreglo izquierdo. Los cables fueron ensayados cíclicamente en tracción, siguiendo dos rutinas de ensayo. En la primera, se cicló a una amplitud constante (2%). La segunda consistió en ciclos a amplitud variable y creciente entre el 0.5% y el 8%. Se determinó la rigidez, esfuerzo de transformación, rigidez secante, tensiones máximas y factor de amortiguamiento equivalente para cada probeta en cada ensayo realizado. Para el caso de alambres en paralelo, se obtuvo que los valores calculados concuerdan con las propiedades calculadas en alambres singulares. Para las probetas de cables trenzados, los valores de los parámetros citados disminuyen, salvo el factor de amortiguamiento equivalente, donde la variación no es significativa para ciclos dentro del rango superelástico. El amortiguamiento para ciclos a un 2.2% de deformación es cercano al 2%, y para ciclos al 5% de deformación llega al 4.0% y 4.7% para cables trenzados y alambres en paralelo, respectivamente. El amortiguamiento aumenta con la deformación máxima impuesta en la probeta. Para varios ciclos de carga a un mismo nivel de deformación, el factor de amortiguamiento equivalente disminuye con el número de ciclos. Si la deformación de la probeta está dentro del rango superelástico, el valor del amortiguamiento tiende a estabilizarse y converger. El límite superelástico, determinado a través del análisis de las deformaciones remanentes y del decaimiento en la rigidez en función de la amplitud de cada ciclo, llega al 3%. A partir de los datos obtenidos experimentalmente, se extendió un modelo numérico, que predice el comportamiento de cables sometidos a cargas axisimétricas. La simulación utiliza un modelo de ley constitutiva multilineal. Los resultados analíticos estiman en forma precisa (error del 1%) la disminución en el módulo de elasticidad debido al ángulo de la hélice del cable, respecto de la disminución en dicho parámetro observada experimentalmente; predicen tensión máxima en el cable con un error inferior al 10% y son consistentes con las deformaciones remanentes en la probeta. Sin embargo, el amortiguamiento predicho es inferior al obtenido experimentalmente, debido a que la ley constitutiva considera un tramo perfectamente elástico.